Maîtriser la formation et le suivi de la grille dans les tests en temps réel

Un système électrique ne reste sain que si tous les onduleurs s'accordent sur qui dirige et qui suit, et cette simple vérité décide de tout, de la qualité de la tension au risque de black-out.

Pourquoi l'onduleur à formation de réseau ou à suivi de réseau est-il important pour la stabilité du système ?

La principale différence entre les onduleurs à formation de réseau et les onduleurs à suivi de réseau est la source de leur tension de référence ; les appareils à formation de réseau la créent, tandis que les appareils à suivi de réseau l'attendent. Cette seule distinction détermine la stabilité. Lorsqu'un onduleur établit sa propre fréquence et sa propre tension, il peut ancrer les réseaux faibles, surmonter les défauts et partager l'énergie avec d'autres sources même si la connexion au réseau disparaît. Les unités de suivi du réseau, en revanche, se synchronisent sur une forme d'onde existante. Elles se comportent comme des sources de courant de précision et se retirent dès que la référence faiblit. micro-réseau îloté.

Les déconnexions soudaines illustrent les enjeux. Si un incendie de forêt isole une ligne d'alimentation, les onduleurs qui forment le réseau maintiennent la fréquence jusqu'à ce que les équipes ferment le disjoncteur. Si la même ligne d'alimentation ne repose que sur des unités qui suivent le réseau, toute la production pourrait s'arrêter, privant les clients d'électricité. À l'échelle de l'entreprise, la diminution de la part des machines synchrones signifie qu'il y a moins de masses en rotation pour absorber les chocs ; le contrôle de la formation du réseau rétablit électroniquement l'inertie rapide, en adoucissant les rampes de fréquence et en évitant les déclenchements de protection. Pour les ingénieurs chargés de se conformer à la norme IEEE 2800 ou de répondre aux profils de sécurité de la North American Electric Reliability Corporation (NERC), le choix du bon mode de contrôle est désormais une décision de conception de premier plan.

Principales différences entre les onduleurs à formation de réseau et les onduleurs à suivi de réseau

La principale différence entre les topologies de formation et de suivi de réseau réside dans la stratégie de contrôle, mais ce choix se répercute sur le dimensionnement du matériel, les paramètres de protection et les flux de travail de certification. La comparaison ci-dessous met en évidence quatre domaines que les ingénieurs prennent en compte lors de la planification du projet.

Référence et synchronisation des contrôles

Les onduleurs à formation de réseau synthétisent une forme d'onde de tension en interne, souvent à l'aide d'un oscillateur virtuel, et poussent ensuite cette référence sur le bus. Les appareils qui suivent le réseau mesurent d'abord la tension du réseau via une boucle à verrouillage de phase, puis injectent un courant adapté à cette référence. Comme les unités de formation de réseau ne recherchent pas de signal de phase externe, elles réagissent en quelques millisecondes lorsque les conditions de la ligne changent, ce qui permet de maintenir le service dans les micro-réseaux ou sur les lignes d'alimentation faibles. Le suivi de réseau a besoin d'un réseau stable pour fonctionner, il excelle donc dans les zones de transmission fortes mais cède de l'autorité lorsque des défauts rompent ce lien.

Prise en charge de la fréquence et de la tension

Un onduleur de formation de réseau ajuste sa fréquence en fonction du déséquilibre momentané de la puissance - imitant la réponse inertielle d'un générateur synchrone - tout en faisant chuter la tension avec la puissance réactive pour partager le devoir VAR entre les pairs. Ce double rôle permet de réguler la fréquence primaire et de contrôler les variations de tension sans recourir à des régulateurs supplémentaires. Les unités de suivi du réseau offrent un soutien réactif dynamique par le biais de cibles de facteur de puissance réglables, mais ne peuvent pas contrôler la fréquence du système ; leur PLL suivra la dérive au lieu de l'arrêter. Cette limitation pousse les planificateurs à ajouter des volants d'inertie à base de batteries ou des condensateurs synchrones si le suivi du réseau domine.

Comportement de contournement des défauts

Comme les boucles de contrôle de formation du réseau suivent leur propre référence, elles continuent à produire de la tension pendant les creux de tension, injectant le courant nécessaire aux études de protection. L'ampleur du courant est toujours limitée par les valeurs nominales des semi-conducteurs, mais la phase se comporte bien, ce qui réduit le stress de la séquence négative sur les machines. Les onduleurs qui suivent le réseau subissent une perte de verrouillage de la PLL en cas de fortes chutes de tension, de sorte qu'ils peuvent cesser de produire au moment précis où le réseau a besoin d'aide, ce qui entraîne des déclenchements en cascade. Les PLL avancés sont utiles, mais ils restent en deçà de la résilience des onduleurs qui suivent le réseau.

Impact sur les réseaux faibles

Dans les lignes d'alimentation présentant des rapports X/R élevés qui déplacent les résonances dans des bandes de fréquences critiques, les onduleurs formant le réseau suppriment les oscillations en établissant l'impédance dominante de la source de tension. Inversement, les onduleurs qui suivent le réseau interagissent avec cette impédance et amplifient le scintillement de la tension, en particulier lorsque plusieurs unités fonctionnent en parallèle à un point de couplage commun.

La principale différence entre les onduleurs à formation de réseau et les onduleurs à suivi de réseau est la source de leur tension de référence ; les appareils à formation de réseau la créent, tandis que les appareils à suivi de réseau l'attendent.

Quand utiliser les onduleurs à formation de réseau dans la conception des systèmes électriques?

Les onduleurs de formation de réseau brillent dans tout projet visant l'autosuffisance ou la résilience. Les mines éloignées, les bases militaires isolées et les micro-réseaux à haute teneur en énergie renouvelable maintiennent les lumières allumées pendant les pannes en affectant au moins un onduleur à la formation du réseau. Les centrales hybrides qui associent des panneaux photovoltaïques à des batteries de stockage d'Énergie s'appuient également sur le contrôle de la formation du réseau pour fournir une inertie synthétique et une marge de manœuvre de réserve pour le contrôle de la fréquence. Les parcs éoliens terrestres raccordés par des lignes à courant alternatif de faible puissance bénéficient d'une marge de manœuvre pour l'exportation lorsque les premières turbines équipées d'un microprogramme de formation du réseau stabilisent la tension au point d'interconnexion. Les services publics qui mettent en service des liaisons CCHT citent le même avantage : les convertisseurs à source de tension fonctionnant en mode de formation du réseau atténuent les fluctuations de puissance lorsque les défauts de courant continu disparaissent.

Comment la formation de réseaux favorise l'intégration des énergies renouvelables et les réseaux insulaires

Variable renewables introduce fast power ramps and low short-circuit currents, challenging legacy protection schemes. Grid-forming inverters address this through virtual synchronous machine (VSM) control, delivering fault currents compliant with grid-code templates (e.g., LVRT requirements) and stabilizing frequency during generation surges. In islanded grids, sudden load shifts (e.g., sawmill startups) cause frequency deviations, but grid-forming droop control corrects these within 200–500 ms—well below equipment tolerance thresholds (±0.5 Hz). Unlike synchronous machines, these sources activate in <2 seconds, enabling fuel-free cycling for load-following. Studies, including ERCOT simulations and Hydro Tasmania deployments, demonstrate 10–15% reserve margin reductions when grid-forming fleets replace synchronous condensers, lowering capex while reallocating spinning reserves to revenue service.

Défis courants en matière de test et de validation des onduleurs de formation de réseau

• Disponibilité du modèle : Les fabricants gardent des microprogrammes propriétaires, de sorte que les ingénieurs ne disposent pas de données détaillées sur les fonctions de transfert.
• Inadéquation entre le contrôleur et le matériel : Les prototypes de laboratoire peuvent fonctionner sur des processeurs de signaux numériques, contrairement aux unités de terrain finales, ce qui fausse le calendrier.
• Émulation de la force du réseau : La reproduction à grande échelle des impédances des réseaux faibles nécessite des amplificateurs à large bande passante ou des solveurs de transitoires électromagnétiques (EMT).
• Coordination multi-fournisseurs : Le mélange des fournisseurs qui forment le réseau et de ceux qui le suivent complique l'évaluation de la stabilité en boucle fermée.
• Traçabilité de la conformité : Démontrer que les tests en temps réel correspondent aux formes d'onde IEEE 2800 exige des mesures synchronisées entre les contrôleurs.
• Empreinte des ressources : La simulation EMT complète d'une centrale de 300 MW mobilise les ressources de l'unité centrale, à moins que la plateforme ne répartisse les tâches entre les FPGA et les cœurs de processeur.
• Mises à jour itératives du micrologiciel : Chaque correctif modifie les coefficients de contrôle, ce qui nécessite des tests de régression pour verrouiller les paramètres de déclenchement avant le déploiement sur le site.

Comment OPAL-RT soutient la simulation de formation et de suivi de grille

OPAL-RT résout ces problèmes de test en vous permettant de charger le code de contrôle du fabricant de l'équipement d'origine dans une interface Blackbox protégée qui fonctionne sur du matériel de co-simulation FPGA-CPU. La propriété intellectuelle reste cryptée, ce qui ne vous empêche pas de sonder les entrées et d'observer les sorties en temps réel, de sorte que les scénarios de formation de réseau par onduleur et de suivi de réseau atteignent une fidélité EMT totale sans armoires supplémentaires. Les solveurs à taux multiples gèrent les commutations au niveau de la microseconde ainsi que les transitoires de réseau de la milliseconde, ce qui permet d'obtenir une latence inférieure à 100 µs pour les études sur le matériel dans la boucle. Comme la plateforme se connecte via des protocoles standard, vous pouvez intégrer des SCADA, des unités de mesure de phase et des relais de protection sur le même banc, ce qui permet de réduire de plusieurs semaines les cycles de validation des modèles et de diminuer les frais généraux des laboratoires d'essai. Les services publics, les producteurs d'électricité indépendants et les équipementiers s'appuient sur cette approche ouverte pour vérifier la conformité de la formation du réseau, raccourcir les études d'interconnexion et déployer des microprogrammes en étant sûrs que les performances sur le terrain correspondront à celles du banc d'essai.

Les ingénieurs et les innovateurs du monde entier se tournent vers la simulation en temps réel pour accélérer le développement, réduire les risques et repousser les limites du possible. Chez OPAL-RT, nous mettons à profit des décennies d'expertise et une passion pour l'innovation afin d'offrir les solutions de simulation les plus ouvertes, les plus évolutives et les plus performantes de l'industrie. Des tests en boucle du matériel à la simulation en nuage prête pour l'IA, nos plateformes vous permettent de concevoir, de tester et de valider en toute confiance.

OPAL-RT résout ces problèmes de test en vous permettant de charger le code de contrôle du fabricant de l'équipement d'origine, ligne par ligne, dans une interface Blackbox protégée qui fonctionne sur le matériel de co-simulation FPGA-CPU.