Coordination de GEDs pour la fourniture de services systèmes temps réel

Distributed Energy Resources coordination toward the supply of ancillary services in real-time

• Auteur / Autrice : Gaspard Lebel
• Direction : Raphaël Caire, Nouredine Hadj-Said
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 26/04/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Geert Deconinck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Henry, Matthieu Terenti, Alain Glatigny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Mayer, Hans Edin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Production -- Génération répartie

Réseaux électriques intelligents

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Réseaux Electriques Intelligents

Générateurs d’Energies Distribuées (GED)

Centrale Virtuelle

Services Systèmes

Réserve Primaire

Effacement Diffus

Smart Grid

Distributed Energy Ressouces (DER)

Virtual Power Plant (VPP)

Ancillary Services

Frequency Stability

Load Shedding

Résumé

Les politiques entreprises dans le domaine de la production d’électricité pour lutter contre le changement climatique reposent communément sur le remplacement des moyens de production fossiles et centralisés par de nouveaux moyens de type renouvelables. Ces énergies renouvelables sont en grande partie distribuées dans les réseaux moyenne et basse tension et sont le plus souvent intermittentes (énergies éolienne et photovoltaïque principalement). Les gestionnaires de réseaux s’attentent à ce que ce changement de paradigme induise des difficultés conséquences dans leurs opérations. Les mondes de la recherche et de l’industrie se sont ainsi structurés depuis le milieu des années 2000 afin d’apporter une réponse aux problèmes anticipés. Cette réponse passe notamment par le déploiement de technologies de l’information et de la communication (TIC) dans les réseaux électriques, des centres de contrôle jusqu’au sein même des moyens de production distribués. C’est ce que l’on appelle le Smart Grid. Parmi le champ des possibles du Smart Grid, ces travaux de thèses se sont en particulier attachés à apporter une réponse aux enjeux de stabilité en fréquence du système électrique, mise en danger par la réduction anticipée de l’inertie des systèmes électriques et la raréfaction des moyens de fourniture de réserve primaire (FCR), auxquels incombent le maintien de la fréquence en temps réel. En vue de suppléer les moyens de fourniture de réserve conventionnels et centralisés, il a ainsi été élaboré un concept de coordination de charges électriques délestables distribuées, qui se déconnectent et se reconnectent de manière autonome sur le réseau au gré des variations de fréquence mesurées sur site. Ces modulations de puissance répondent à un schéma préétabli qui dépend de la consommation électrique effective de chacune des charges. Ces travaux ont été complétés d’une étude technico-économique visant à réutiliser cette infrastructure de coordination de charges délestables pour la fourniture de services systèmes ou de produits de gros complémentaires. Ce travail de thèse réalisée au sein des équipes innovation de Schneider Electric et du laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2Elab), est en lien avec les projets Européens EvolvDSO et Dream, financés dans le cadre du programme FP7 de la Commission Européenne.

Climate change mitigation policies in the power generation industry lead commonly on the replacement of bulk generation assets by Renewable Energy Resources (RES-E). Such RES-E are largely distributed among the medium and low voltage grids and most of them are intermittent like photovoltaic and wind power. System Operators expect that such new power system paradigm induces significant complications in their operations. The communities of research and industry started thus to structure themselves in the mid-2000s in order to respond to these coming issues, notably through the deployment of Information and Communication Technology (ICT) in power systems assets, from the Network Operations Centers (NOCs) down to Distributed Energy Resources (DERs) units. This is the Smart Grid. Among the range of possibilities of the Smart Grid, this Ph.D work aims in priority to provide a solution to handle the issue of frequency stability of the power system that are endangered by the combined loss of inertia of the power system and the phasing-out of conventional assets which used to be in charge of the maintain of the frequency in real time through the supply of Frequency Containment Reserve (FCR). The concept developed lead on a process of coordinated modulation of the level of loads of DERs, whose evolve depending on the system frequency measured in real time on-site. The strategy of modulation of each DER follows a pattern which is determined at the scale of the portfolio of aggregation of the DER, depending on the effective level of load of the DER at normal frequency (i.e. 50Hz in Europe). This work is completed by a cost benefit analysis that assesses the opportunity of sharing of the previous infrastructure of coordinated modulation of DERs for the supply of ancillary services and wholesale products. This thesis conducted within Schneider Electric’s Innovation teams and Grenoble Electrical Engineering Laboratory (G2Elab) is linked with the European projects Dream and EvolvDSO, and funded under European Commission’s FP7 program.