Stabilité des réseaux électriques de distribution en présence de productions d’énergie renouvelable

Stability of electrical distribution grids in the presence of renewable energies

• Auteur / Autrice : Arshpreet Singh
• Direction : Nouredine Hadj-Said, Vincent Debusschere
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 20/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Systèmes et réseaux électriques (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Yvon Bésanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Johan Driesen, Josep Pou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Convertisseurs électriques

Électricité -- Distribution

Réseaux électriques (énergie) -- Régulation

Mots clés libres

Stabilité liée aux convertisseurs

Réseau électrique de distribution

Stabilité petits-Signaux

Grid-Following

Grid-Forming

Converter-Driven stability

Distribution grid

Small-Signal stability

Grid-Following

Grid-Forming

Résumé

Pour parvenir à la neutralité carbone en 2050, la France s'est engagée à intégrer davantage d'énergies renouvelables. Entre-temps, Enedis, le gestionnaire du réseau de distribution, prévoit jusqu'à dix fois plus d'énergie éolienne et solaire raccordée à son réseau. Cette perspective soulève des inquiétudes quant à la stabilité des futurs réseaux, en particulier en ce qui concerne les interactions entre les onduleurs. Ainsi, cette thèse propose une étude de la stabilité liée aux convertisseurs à interactions lentes au sein des réseaux de distribution~HTA, tout en évaluant l'impact des réglages~textit{grid-following} et textit{grid-forming}. L'objectif est de concevoir une méthodologie destinée aux gestionnaires de réseaux de distribution pour l'analyse et la prévention de ces instabilités, à l'aide de modèles transitoires électromagnétiques et de l'analyse de stabilité petits-signaux. Suite à l'étude des causes de ces instabilités et à l'identification des paramètres-clés, une problème d'optimisation a été formulée pour déterminer les plages de ces paramètres. Une méthode heuristique a également été proposée pour apporter une solution plus efficace sur le plan des calculs.

Aiming to reach carbon neutrality by 2050, France is committed to integrating more renewable energy into the grid. In the meantime, Enedis, the French distribution system operator, expects up to ten times more wind and solar power connected to the distribution grid. This perspective is raising concerns about the stable operation of future distribution networks, especially with respect to interactions between inverter-based resources. Hence, this thesis provided a study of slow-interaction converter-driven stability in medium-voltage distribution grids with inverter-based resources, assessing the impact of both grid-following and grid-forming operation modes. Our main objective was to develop a methodology for distribution-system operators to analyze and prevent these instabilities, for which we employ electromagnetic transient models and small-signal stability analysis. After investigating the nature of these instabilities and identifying key control parameters, a solution was provided in the form of an optimization problem to determine the ranges of these parameters. A heuristic method was also proposed as a computationally-efficient alternative to solve this optimization.