Des étudiants en ingénierie de l'UBC apportent des améliorations en matière d'intégration technologique pour l'intégration et le transport de l'Énergie issue de sources renouvelables

L'entreprise

La Faculté d’ingénierie du campus d’Okanagan de l’Université de Colombie-Britannique (UBC) abrite le laboratoire « Flexible Power Transmission Laboratory for Renewable Énergie Integration ». Dirigé par le Dr Liwei Wang, professeur adjoint, ce laboratoire se consacre à l’analyse des réseaux électriques, à la conception de convertisseurs et aux applications HVDC. Sa mission est de faire le lien entre les systèmes de transport d’électricité traditionnels et le réseau en pleine évolution, dominé par les ressources d’ Énergie s distribuées (DER) à production variable.

Les défis

• Complexité de l'intégration : Le caractère imprévisible des sources d'énergie renouvelables (éolienne, solaire) nécessite des dispositifs sophistiqués de contrôle du réseau et des convertisseurs électroniques à commutation rapide pour garantir la stabilité.
• Rapidité de simulation vs précision : les tests des convertisseurs modulaires à plusieurs niveaux (MMC) complexes nécessitent une validation exhaustive, mais les modèles détaillés traditionnels entraînent souvent des vitesses de simulation faibles qui entravent l'optimisation de la conception.
• Encombrement matériel et efficacité : les MMC classiques nécessitent souvent un grand nombre de composants et une capacité de stockage importante en mémoire Énergie , ce qui rend nécessaire le recours à des topologies plus compactes et plus efficaces.
• Résilience face aux défaillances : les nouvelles architectures de réseau doivent être suffisamment flexibles et fiables pour faire face aux défaillances du système tout en assurant une alimentation électrique ininterrompue.

La solution OPAL-RT

L'UBC s'est associée à OPAL-RT pour mettre en place un environnement de test de type « Simulation HIL » (HIL) haute performance :

• Simulateur en temps réel OP4510: équipé de processeurs Intel Xeon et d'un FPGA Xilinx Kintex 7, il offre la puissance nécessaire pour réaliser des simulations en électronique de puissance avec un pas de temps inférieur à la microseconde.
• Banc d'essai OP1210 MMC: une configuration matérielle flexible comprenant 10 sous-modules (11 niveaux) et d'une puissance nominale de 6 kW, permettant de mener des études aussi bien sur des configurations de réseau monopolaires que bipolaires.
• Modèles à valeur moyenne (AVM) : Développement de cadres de modélisation utilisant les AVM afin d'accélérer considérablement la vitesse de simulation des réseaux électriques pour les systèmes HVDC basés sur le modèle MMC.
• Prototypage rapide de systèmes de commande: l' plateforme e a permis à l'équipe de concevoir et de tester un nouveau convertisseur hybride à trois niveaux (H3LC) doté de sous-modules en pont complet montés en cascade côté courant alternatif, ce qui a permis de réduire le nombre de composants électroniques de puissance nécessaires.

Les résultats

La collaboration entre l'UBC et l'OPAL-RT a eu des répercussions importantes tant sur le plan universitaire qu'industriel :

• Recherche primée : les travaux de recherche du laboratoire sur les convertisseurs ont remporté le prix du meilleur article lors de la 10e édition de la conférence IEEE IEMCON 2019.
• Amélioration du rendement du convertisseur : mise au point d'un nouveau MMC hybride présentant un encombrement réduit, des besoins en mémoire de stockage d'Énergie s moindres et une résilience aux pannes supérieure à celle des modèles de pointe.
• Validation accélérée : les cadres de modélisation universels permettent de réaliser des simulations au niveau du système plus rapides et plus précises, ce qui permet de valider les conceptions avant leur mise en œuvre physique.
• Logiciels prêts à l'emploi : les découvertes issues du laboratoire sont intégrées dans des logiciels commerciaux de simulation en temps réel utilisés par les concepteurs de réseaux électriques du monde entier.
• Impact pédagogique : Ce projet illustre l'engagement de longue date de l'OPAL-RT à soutenir les étudiants et les chercheurs, et à former la prochaine génération d'ingénieurs spécialisés dans les réseaux électriques.

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