Renforcer la résilience des micro-réseaux grâce à une seamless opération : De la conception au démonstrateur P-HIL

Enhancing Microgrid Resilience Through Seamless Operation : From Design to P-HIL Demonstrator

• Auteur / Autrice : Samuel Kamajaya
• Direction : Raphaël Caire, Seddik Bacha, Jérôme Buire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 03/05/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Systèmes et réseaux électriques (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Benbouzid
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Raison, Adriana Aguilera Gonzalez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Zhe Chen, Andreas Sumper

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (circuits)

Énergie -- Stockage

Micro-réseaux électriques intelligents

Mots clés libres

Micro-Reseau

Resilience

Battery energy storage systems

Stockage de energie

Phil

Microgrid

Resilience

Battery energy storage systems

Control

Phil

Résumé

À mesure que notre monde évolue vers une énergie durable, l'intégration des microgrids, comprenant le photovoltaïque décentralisé et les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), a connu une croissance substantielle et une adoption généralisée, notamment dans les bâtiments tertiaires. Cette thèse se concentre sur l'amélioration de la technologie BESS afin de garantir une alimentation électrique ininterrompue aux charges critiques tout en respectant le code de réseau. En cas de perte de réseau, les microgrids basculent l'alimentation vers le BESS. La recherche examine l'exigence d'une transition que les charges critiques peuvent tolérer lors d'une perte de réseau, laquelle est définie par une durée maximale de 10 millisecondes. Pour répondre à cette exigence, une méthode rapide et fiable de détection d'une perte de réseau est proposée. De plus, diverses stratégies de contrôle d'onduleur ont été développées pour réaliser des transitions rapides du mode grid following a grid forming, garantissant des temps de perturbation dus à une perte de réseau de moins de 10 ms tout en minimisant les surtensions. De plus, une séquence d'opération avancée est proposée pour garantir la conformité au code réseau et le fonctionnement des DERs pendant la transition. La recherche est validée par des prototypes expérimentaux et démonstrateur petite échelle de microgrid utilisant P-HIL, ce qui augmente l’echelle de TRL.

As our world transitions to sustainable energy, microgrid integration, including decentralized PV and Battery Energy Storage Systems (BESS), has seen substantial growth and widespread adoption, particularly in tertiary buildings. This thesis focuses on enhancing BESS technology to ensure uninterrupted power supply to critical loads while maintaining regulatory compliance. In the event of grid loss, microgrids switch the supply to BESS. The research examines the requirement for a seamless transition that critical loads can tolerate during a grid loss, which results in a value of 10 milliseconds. In order to meet this requirement, a fast and reliable method for detecting a loss of main is proposed. Additionally, various inverter control strategies have been developed to achieve seamless transitions from grid following to grid forming, ensuring disruption times due to grid loss in less than 10 ms while minimizing overvoltage. Moreover, an advance sequence of operation is proposed to ensure the grid code compliance and DERs operation during the transition. The research is validated by experimental prototypes and a small microgrid demonstrator using P-HIL, which increase technology readiness level.