Global RT-Super Lab : une co-simulation en temps réel entre les deux rives de l'Atlantique

L'entreprise

Le Global RT-Super Lab est une plateforme de recherche décentralisée et indépendante de tout fournisseur, créée en 2017 grâce à la collaboration entre trois laboratoires nationaux américains (NREL, Sandia, Idaho National Laboratory), trois universités américaines (Colorado State University, University of South Carolina, Washington State University) et deux universités européennes (RWTH Aachen University, Politecnico di Torino). Ensemble, ces institutions mettent en commun leur expertise et leurs infrastructures afin de faire progresser la compréhension des réseaux dominés par l'électronique de puissance et des réseaux d'Énergie s de nouvelle génération.

Les défis

• Une complexité sans précédent : la mise en place d’une simulation en temps réel répartie géographiquement (GD-RTS) impliquant huit laboratoires, plusieurs fournisseurs et des distances transatlantiques a posé d’énormes défis techniques et de coordination.
• Dynamique des réseaux à faible inertie : la mise en place progressive de ressources décentralisées (DER) via des interfaces basées sur l'électronique de puissance transforme en profondeur la dynamique des réseaux électriques, ce qui nécessite de nouvelles approches de validation pour les réseaux dont les sources sont à près de 100 % basées sur des onduleurs.
• Énergie Conservation aux interfaces : pour que la méthode GD-RTS soit précise, il ne doit y avoir ni génération ni stockage d'Énergie s aux interfaces entre sous-systèmes ; le non-respect de ce principe compromet la stabilité et la fidélité de la simulation.
• Contraintes de confidentialité : les institutions, les entreprises et les services publics participants devaient partager des ressources de simulation et mener des expériences conjointes sans divulguer de données confidentielles ou relatives au réseau électrique national.

La solution OPAL-RT

Le consortium a mis en place une infrastructure complète de co-simulation reliant dix simulateurs numériques en temps réel répartis dans huit laboratoires :

• Simulation en temps réel multi-fournisseurs : les simulateurs OPAL-RT ont constitué l'infrastructure de base sur plusieurs sites — notamment le NREL (PHIL pour les onduleurs photovoltaïques), Sandia (PHIL pour les éoliennes), la CSU, l'USC et le POLITO — aux côtés d'équipements d'autres fournisseurs, démontrant ainsi une véritable interopérabilité indépendante des fournisseurs.
• Cadre VILLAS : un cadre de co-simulation ouvert permettant l'interconnexion via Internet de toutes les unités DRTS, gérant l'échange de données relatives aux variables de courant et de tension tout en garantissant la conservation de l'Énergie e à chaque interface.
• Intégration HIL et PHIL : L'« plateforme » a permis de combiner les contrôleurs HIL ( Simulation en conditions réelles ) et les contrôleurs PHIL ( Simulation HIL ) sur l'ensemble des sites, permettant ainsi de réaliser des essais complets en conditions réelles de technologies innovantes par rapport à l'infrastructure du réseau existante.
• Mise en œuvre de RT-LAB : le logiciel RT-LAB d’OPAL-RT a fourni l’environnement de simulation nécessaire à la mise en œuvre des modèles, au partitionnement et à l’exécution en temps réel dans les laboratoires participants.

Les résultats

La démonstration de septembre 2017 a marqué une avancée majeure dans le domaine de la simulation des réseaux électriques décentralisés :

• La plus grande simulation GD-RTS au monde : réalisation réussie de la plus grande simulation en temps réel et géographiquement distribuée jamais menée sur un vaste réseau électrique, couvrant deux continents.
• Validation d'une liaison HVDC transatlantique : démonstration d'une interconnexion HVDC transatlantique entre des réseaux de transport de référence américains et européens, avec des interactions locales entre les réseaux de transport et de distribution.
• Partage de ressources à moindre coût : augmentation de la puissance de calcul de chaque laboratoire sans investissement supplémentaire, et mise en place d'un partage des ressources matérielles et logicielles sans duplication locale.
• Collaboration confidentielle : a démontré que des projets de recherche conjoints sont réalisables même dans le cadre de contraintes de confidentialité strictes, grâce à un partage indirect des données permettant de protéger les informations confidentielles.
• Une influence durable : la méthodologie et le cadre de cette démonstration ont influencé les projets ultérieurs et ont établi un modèle de référence pour la réalisation de simulations à grande échelle des réseaux électriques dans les années à venir.

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