Systèmes d'énergie renouvelable : HIL pour l'île d'Hawaï avec Siemens

L'entreprise

Siemens est un chef de file e technologique mondial spécialisé dans l’électrification, l’ automatisation e et la numérisation. Sa division Technologie est à la pointe de l’innovation en matière de systèmes d’alimentation électrique et d’architectures de contrôle pour la transition vers l’ Énergie . Le Dr Ulrich Muenz, expert principal de Siemens en systèmes de contrôle, dirige le projet Hawaï. Il apporte son expertise en matière de contrôle robuste et distribué, d’optimisation de l’électronique de puissance et d’autonomie des réseaux insulaires, acquise lors de ses travaux antérieurs sur la centrale hybride de Siemens dans les îles Galápagos.

Les défis

• Objectif « 100 % d'énergies renouvelables » : Hawaï vise à mettre en place un réseau d'Énergie s entièrement alimenté par des énergies renouvelables d'ici 2045, ce qui nécessitera des changements fondamentaux dans le fonctionnement du système électrique à mesure que les centrales conventionnelles seront mises hors service.
• Stabilité de la fréquence et de la tension : À mesure que la part des énergies renouvelables alimentées par des onduleurs augmente, il devient de plus en plus complexe de maintenir la stabilité de la fréquence et de la tension du réseau sans recourir à des générateurs synchrones classiques.
• Isolation des réseaux insulaires : les réseaux électriques insulaires ne sont pas interconnectés avec les réseaux voisins à des fins de secours, ce qui rend le critère de sécurité « N-1 » — consistant à résister à la défaillance d'un seul composant — particulièrement exigeant.
• Validation avant déploiement : les algorithmes innovants d'aide à l'exploitation doivent faire leurs preuves dans un environnement virtuel réaliste avant d'être déployés sur un réseau en service desservant des clients commerciaux et résidentiels.

La solution OPAL-RT

L'équipe a mis au point un démonstrateur HIL de bout en bout hébergé au PNNL, combinant la simulation en temps réel d'OPAL-RT avec l'plateforme de gestion de l'Énergie , une solution commerciale de Siemens :

• Jumeau numérique haute fidélité : le modèle du réseau électrique de Hawaiian Electric (initialement développé dans PSS®E) a été converti étape par étape en modèles de transitoires électromagnétiques (EMT) dans PSS®SINCAL et Simscape™, puis implémenté sur le matériel de simulation en temps réel d’OPAL-RT à l’aide de RT-LAB et ARTEMiS.
• Intégration HIL: la simulation en temps réel du réseau est reliée au système commercial de gestion de l’ Énergie ation Spectrum Power™ 7 de Siemens et au système d’assistance SIGUARD® DSA, créant ainsi un démonstrateur HIL en boucle fermée qui permet de valider les algorithmes d’aide à l’opérateur dans des conditions d’exploitation réalistes.
• Prévision et optimisation : les algorithmes SIGUARD® DSA permettent de prévoir la manière dont le réseau en îlotage réagit à des événements critiques et proposent aux opérateurs des réglages alternatifs pour les onduleurs afin de réduire les oscillations de puissance — le tout validé par rapport au jumeau numérique OPAL-RT avant tout déploiement en conditions réelles.

Les résultats

Le démonstrateur HIL, basé sur la plateforme OPAL-RT, a fourni des résultats essentiels pour l'initiative d'Énergie s renouvelables d'Hawaï :

• Systèmes d'aide à l' Énergie validés : l'efficacité des nouveaux systèmes de gestion et d'assistance à l' de Siemens a été démontrée dans des conditions d'exploitation réelles, avec une forte pénétration des énergies renouvelables.
• Fonctionnement stable avec une part élevée d'énergies renouvelables : il a été démontré qu'un fonctionnement stable du réseau est possible même lorsque la part des énergies renouvelables avoisine les 100 %, ce qui renforce la confiance dans l'objectif fixé par Hawaï pour 2045.
• Réduction des oscillations de puissance : le système d'assistance a réussi à identifier d'autres réglages de l'onduleur permettant de réduire les oscillations de puissance causées par la production variable d'énergie éolienne et solaire.
• Modèle évolutif : le démonstrateur met en place une « plateforme » reproductible, applicable à d'autres réseaux insulaires et isolés à travers le monde (par exemple, en Irlande ou en Australie) confrontés à des défis similaires en matière d'intégration des énergies renouvelables.

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