Essais de maintien en fonctionnement en cas de baisse de tension pour les onduleurs raccordés au réseau

Principaux enseignements

• La détermination de la conformité ou de la non-conformité selon la norme LVRT dépend de la courbe exacte de la tension du réseau en fonction du temps, et non d'un test générique de chute de tension.
• La fidélité de la forme d'onde, la synchronisation temporelle et les contrôles de récupération en boucle fermée déterminent si un résultat obtenu en laboratoire se confirmera lors de la mise en service.
• Les paramètres de protection et les définitions des mesures sont à l'origine de nombreux échecs de « ride-through », même lorsque le régulateur de courant semble stable.

La conformité au test « ride-through » n'est crédible que si l'essai reproduit exactement la profondeur d'affaissement, le timing et la récupération exigés par le code de réseau.

Les centrales solaires et les installations de stockage imposent désormais une capacité d'onduleurs plus importante aux réseaux de transport et de distribution, ce qui fait que le comportement de déclenchement en cas de défaut est devenu un enjeu lors de la mise en service. La production photovoltaïque solaire a atteint environ 1 600 TWh en 2023, après une hausse de 320 TWh par rapport à 2022, soit un bond de 25 % qui a placé davantage de ressources basées sur des onduleurs sous le feu des projecteurs. La réussite d’un test dépend désormais d’une reproduction précise des perturbations, car une chute de tension simplifiée peut masquer une faiblesse au niveau du contrôle ou de la protection. Si le profil de chute de tension est décalé ou s’il manque des détails sur les phases, le résultat sera trompeur.

La capacité de résistance aux chutes de tension (low voltage ride through) signifie que l'onduleur reste connecté et soutient le réseau pendant une chute de tension définie, puis se rétablit sans courant instable ni déclenchement intempestif. De nombreuses défaillances proviennent des limites des configurations de test plutôt que de défauts majeurs de contrôle. Il faut des chutes de tension conformes aux normes, une interaction en boucle fermée avec le contrôleur réel et des critères de réussite liés à la courbe du réseau. Cette combinaison vous apporte une réponse utile avant la mise sous tension et évite que les travaux sur site ne se transforment en dépannage.

Le LVRT définit le comportement des onduleurs en cas de défauts de court-circuit sur le réseau

La LVRT est l'exigence selon laquelle un onduleur raccordé au réseau doit rester connecté pendant une chute de tension définie et suivre la réponse de régulation fixée par le code de réseau. Elle couvre l'entrée en défaut, la durée de la chute de tension et la reprise. Un appareil qui se déclenche prématurément est considéré comme défaillant. La vérification s'effectue à l'échelle de la milliseconde.

Un gestionnaire de réseau peut exiger qu'un onduleur reste connecté au réseau lorsque la tension aux bornes chute à 0,15 par unité pendant 150 ms et qu'il injecte du courant réactif pendant cette chute de tension. Une centrale photovoltaïque peut réussir les essais de puissance en régime permanent et néanmoins échouer à cet essai si sa boucle de synchronisation perd le verrouillage. Le risque réside dans une perte soudaine du soutien du réseau lors d'un défaut du système. Les essais de résistance aux défauts doivent couvrir à la fois la perturbation elle-même et le retour au service.

Cette définition répond à la question couramment posée concernant la signification de la « résistance aux chutes de tension » pour les onduleurs raccordés au réseau. Vous vérifiez la continuité, le contrôle du courant et la stabilité de la reprise en une seule séquence. Un test en laboratoire n'a de valeur que s'il reproduit l'intégralité de cette séquence. Si la reprise ou la réponse en courant fait défaut, le résultat est incomplet.

« Vous vérifiez la continuité, le contrôle du courant et la stabilité de la remise à niveau en une seule séquence. »

Les courbes du code de réseau définissent les limites de la capacité de maintien en service

La conformité au test de « ride-through » est évaluée à l'aide d'une courbe représentant la tension en fonction du temps. Cette courbe définit la zone de non-déclenchement, la zone de réponse et la limite de rétablissement. Si vos points de test ne coïncident pas avec ces limites, vous ne pouvez pas savoir si l'onduleur a réellement réussi le test. La réussite ou l'échec du test dépendent de cette courbe.

Un opérateur acceptera une brève chute jusqu'à zéro volt si l'onduleur reste connecté pendant un court laps de temps de stabilisation. Un autre maintiendra le seuil de tension à un niveau plus élevé et prolongera la durée de la phase de transition. Ces cas mettent à l'épreuve différentes boucles de régulation et différents temporisateurs de protection. On ne peut pas remplacer un profil de chute de tension par un autre et considérer que le résultat est conforme.

Un plan de test efficace établit une correspondance entre chaque événement de chute de tension et le segment de courbe précis qu’il est censé mettre à l’épreuve. Cela vous offre une traçabilité lorsque vous analysez un défaut survenant à environ 0,2 par unité pendant 600 ms ou un retour retardé au courant actif. Les analystes peuvent ainsi identifier quelle limite a cédé et pourquoi. Cette clarté est essentielle lorsque l’agrément du fournisseur d’électricité dépend des preuves enregistrées.

Le respect des normes lors d'un contrôle routier dépend autant du moment choisi que de la profondeur

Le timing détermine si l'onduleur interprète l'événement de la même manière que le code de réseau. Une chute de tension qui atteint la tension de référence avec 20 ms de retard ou qui se rétablit 30 ms plus tôt peut faire basculer le contrôleur vers une autre voie de protection. Les tests LVRT sont des tests dans le domaine temporel. La profondeur à elle seule ne suffit pas à fournir toutes les informations nécessaires.

Une chute de tension triphasée commandée à la source n'apparaît pas instantanément aux bornes de l'onduleur dès lors que des filtres, des fenêtres de mesure et des délais de commande interviennent dans la boucle. Un appareil réglé pour se déclencher après 9 cycles en dessous d'un seuil peut réussir un test au banc et échouer à un autre avec la même tension minimale. Cet écart provient de la chronologie des événements. Pour le constater, il faut disposer d'enregistrements de la tension aux bornes et de signaux de commande synchronisés.

C’est pourquoi, pour garantir la conformité lors des tests de passage, il est indispensable d’assurer une synchronisation à la milliseconde près entre la commande de sag, la tension mesurée, l’injection de courant et l’état de la protection. Si ces signaux ne sont pas synchronisés, il est impossible de valider un résultat « réussi » ni de diagnostiquer un résultat « échoué ». Les équipes se concentrent souvent en premier lieu sur l’amplitude du courant. Or, ce sont généralement les temps d’entrée et de sortie qui fournissent les informations les plus utiles.

La précision de la mesure des chutes de tension détermine si les résultats du LVRT restent valables

La fidélité de la simulation de la chute de tension détermine si l'onduleur est testé dans des conditions proches de celles auxquelles il sera réellement confronté en cas de défaut. La profondeur, l'angle de phase, la séquence et la forme de la reprise sont autant de facteurs déterminants. Une forme d'onde imprécise peut permettre à un onduleur de passer le test alors qu'il se déclenchera sur site. Une génération précise de la chute de tension garantit la validité du résultat.

Une chute équilibrée à 0,5 par unité est facile à simuler. Une chute monophasée accompagnée d'un décalage d'angle de phase et d'une reprise inégale met en évidence différents comportements de contrôle. Les installations qui réussissent l'essai équilibré peuvent tout de même se déclencher lorsque le courant de séquence négative et les filtres de mesure interagissent. La fidélité de la chute détermine si l'essai est représentatif.

Lorsque OPAL-RT génère en temps réel des profils d'affaissement sous forme de code, la forme d'onde du défaut et la réponse du régulateur partagent la même base de temps. Cela vous permet de comparer directement les traces des bornes à la courbe du réseau, plutôt que de déduire le comportement à partir d'une commande source simplifiée. L'analyse reste ainsi centrée sur la précision de la forme d'onde et la réponse mesurée. Des profils fidèles permettent de justifier de manière solide les décisions de conformité ou de non-conformité.

Les tests en boucle fermée permettent de déterminer les limites de contrôle pendant la reprise après défaillance

Les essais LVRT en boucle fermée montrent comment le contrôleur, le modèle de l'installation et la logique de protection interagissent au cours des premiers cycles suivant l'élimination d'un défaut. C'est lors de la phase de rétablissement que les limites de courant, la commande du circuit intermédiaire et la logique de synchronisation se disputent la priorité. Un simple test de lecture ne permet pas de mettre en évidence cette interaction. Le banc d'essai doit permettre à l'onduleur d'exercer une contre-puissance sur le réseau simulé.

Un onduleur de stockage peut résister à la chute de tension lui-même, puis se déclencher 80 ms plus tard, lorsque la puissance active revient avant que la demande de courant réactif ne s'effondre. Cette défaillance n'apparaît que lorsque le contrôleur de courant et le modèle de réseau échangent des signaux en temps réel. Les énergies renouvelables ont fourni près de 30 % de l'électricité mondiale en 2023; ce comportement de reprise revêt donc une importance à l'échelle du réseau. Une courbe de courant « propre » pendant le défaut ne garantit pas une sortie stable de celui-ci.

Vous recherchez les erreurs d'oscillation, de dépassement, de resynchronisation retardée et de changement de mode. Ces problèmes apparaissent rarement dans les fiches techniques, mais ils se manifestent rapidement lorsque le régulateur de l'installation, l'onduleur et le réseau simulé partagent la même boucle. Les bancs d'essai en boucle fermée vous permettent également de tester des cas de réseau faible. Cela raccourcit le chemin entre le réglage du modèle et la validation de la conformité.

« Une courbe de courant nette pendant le défaut ne garantit pas une sortie stable du défaut. »

Commencez par des dépressions symétriques avant de passer à des cas de failles complexes

Il convient de commencer par les chutes de tension triphasées symétriques, car elles permettent d'isoler le comportement de base du système avant que le déséquilibre, les sauts de phase et les effets de séquence ne viennent compliquer les résultats. On obtient ainsi une vision claire de la limitation de courant, des délais de protection et de la stabilité de la reprise. Les défaillances précoces sont plus faciles à expliquer. Les défauts complexes ne prennent tout leur sens qu'une fois que le cas simple est stabilisé.

• Effectuez une mesure de référence complète de la tension pour vérifier les valeurs de référence.
• Appliquer une chute de tension modérée en trois phases pour vérifier la capacité de passage.
• Accroître la chute triphasée jusqu'au minimum de la courbe.
• Ajoutez une chute de tension monophasée pour vérifier la gestion des séquences négatives.
• Terminez par un balayage de récupération pour vérifier que tout est bien en place.

Une séquence de tests par étapes permet d'optimiser l'efficacité du dépannage. Si le variateur se déclenche lors d'une chute de tension triphasée modérée, il est inutile de passer directement aux défauts monophasés et aux longues rampes de reprise. Plus vous ajoutez de variables, plus il devient difficile de retracer la chaîne des causes. Vous résoudrez les problèmes plus rapidement si l'ordre des tests suit la logique du variateur.

Les paramètres de protection déterminent souvent les déclenchements des onduleurs lors d'événements de chute de tension

Les défaillances du LVRT sont souvent dues aux seuils de protection et aux temporisations plutôt qu’au régulateur de courant lui-même. Les logiques de détection de sous-tension, de surtension du circuit intermédiaire, de coupure en cas de surintensité et de perte de synchronisme se déclenchent toutes lors d’une chute de tension. Si ces fonctions ne sont pas coordonnées, l’onduleur se déclenchera alors qu’il se trouve encore dans la zone de maintien de fonctionnement autorisée. La conformité dépend autant des paramètres que du code de commande.

Une installation peut respecter la courbe d'utilité sur le papier et pourtant se déconnecter, car le temporisateur de sous-tension local se déclenche à partir de la tension de phase filtrée, alors que le rapport d'essai utilise la tension entre bornes de phase à phase. Un autre problème courant survient lorsque la protection du bus CC réagit à une rampe de rétablissement abrupte après la disparition du défaut. Le contrôleur a rempli sa fonction, mais une limite distincte a mis fin à l'essai. L'analyse des courbes doit inclure les indicateurs de protection ainsi que la puissance et le courant.

Il est recommandé de consigner chaque seuil actif, chaque intervalle de temporisation et chaque point de mesure avant le premier essai officiel. Cela permet de gagner plusieurs heures lorsqu'un déclenchement se produit à proximité du seuil de la courbe. Les équipes qui négligent cette étape se retrouvent souvent à rechercher des problèmes de contrôle fantômes. La solution consiste généralement à revoir les paramètres en fonction des définitions de mesure prévues par le code de réseau.

Une simulation en temps réel permet de vérifier la conformité avant la mise sous tension de l'installation

La vérification préalable au raccordement fonctionne lorsque le simulateur est capable d'imposer le profil de défaut exact et d'enregistrer la réponse de l'onduleur sur la même base de temps que celle utilisée pour évaluer la conformité. Cela transforme le LVRT en un contrôle technique. Vous quittez le banc d'essai avec des données probantes pouvant être examinées ultérieurement. Les gestionnaires de réseau et les développeurs ont tous deux besoin de ce niveau de preuve.

Une équipe se préparant à la mise sous tension d'un site peut effectuer la série de tests de chute de tension requise, comparer chaque courbe à celle du réseau électrique et corriger les problèmes liés à la minuterie ou aux commandes avant la mobilisation des équipes de terrain. Cela permet d'éviter le cycle coûteux des déplacements sur site, des correctifs apportés aux contrôleurs et des vérifications répétées. Les risques liés au calendrier diminuent, car les modes de défaillance apparaissent d'abord en laboratoire. Un bon test LVRT relève de la rigueur à respecter avant le raccordement.

C'est là que réside l'intérêt pratique d'OPAL-RT. Cet outil permet de générer en temps réel des profils de chute de tension conformes aux normes et d'évaluer le comportement des onduleurs par rapport à la courbe réelle avant la mise en service de la centrale. Les équipes qui abordent la résistance aux chutes de tension comme un problème de contrôle mesurable établissent des rapports de mise en service plus clairs et consacrent moins d'efforts à justifier des résultats de test ambigus. Ces rapports résisteront à tout examen ultérieur.