Etude de l’intégration des systèmes houlomoteurs au réseau électrique : Développement d’un modèle « de la vague au réseau électrique »

Study of wave energy converters grid integration : Development of a wave-to-wire model

• Auteur / Autrice : Hélène Clemot
• Direction : Tuan Tran-Quoc, Aurélien Babarit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Benbouzid
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tuan Tran-Quoc, Aurélien Babarit, Mohammed Benbouzid, Seddik Bacha, Manuela Sechlariu, Florian Dupriez-Robin, Anne Blavette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Seddik Bacha, Manuela Sechlariu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flicker (électricité)

Électricité

Énergie des mers

Énergies renouvelables

Mots clés libres

Houlomoteur

Stockage d'énergie électrique

Gestion d'énergie

Stratégie de régulation

Réseau électrique

Flicker

Modèle wave-to-wire

Hardware in the loop

Wave energy converters

Grid integration

Energy storage systems

Control strategies

Energy management

Flicker

Wave-to-wire model

Hardware-in-the-Loop

Résumé

La qualité de la puissance injectée au réseau électrique est une problématique importante pour le développement des énergies marines renouvelables, et en particulier de l'énergie des vagues, ou énergie houlomotrice. En effet la puissance produite par les systèmes houlomoteurs à entrainement direct est très fluctuante (fluctuations de l'ordre de la seconde) à cause de la nature oscillante de la ressource. Afin d'étudier l'impact de l'intégration des ces systèmes sur les réseaux électriques, un modèle permettant de représenter la chaîne depuis la vague jusqu'au réseau électrique a été développé. Les simulations effectuées à l'aide de ce modèle pour différents types de réseau électrique et différents états de mer ont montré que la mise en place de solutions pour améliorer la qualité de la puissance produite était nécessaire. Ainsi l'effet du regroupement et de la dispersion spatiale des systèmes houlomoteurs sur la qualité de la puissance a été étudiée. L'insertion d'un système de stockage dans la chaîne wave-to-wire afin de lisser la puissance a aussi été considérée. Enfin, une partie du modèle a pu être validée à l'aide d'un banc de test Hardware-in-the-loop comprenant un banc moteur, des armoires de puissance pour émuler électronique de puissance et le réseau électrique et un module de supercondensateurs.

Power quality is an important issue for the development of marine renewable energies, in particular wave energy. Due to the oscillatory nature of the oceans waves, the wave energy converters output power profile can present fluctuations in the range of seconds. The impact of these devices on the electric grid therefore needs to be investigated for wave farms to be connected to the grid. In order to emulate an operating direct drive wave energy converter, study power quality improvement and test different control strategies, a wave-to-wiremodel has been developed.Simulations carried out with this model for different grid strengths and different levels of sea-state showed that it is necessary to foster solutions to improve power quality. Thus, the wave energy converters aggregating and dispersion effects on power quality have been investigated. As it does not seem sufficient to meet the grid codes requirements, another solution have been considered, consisting of the insertion of an energy storage system into the chain. Finally, a part of the model has been validated using a hardware-in-the-Loop test bench including a motorbench, power modules to emulate the grid and power electronic's control and super capacitors module.