Black-start et fonctionnement stable d’une portion de réseau BT isolée en utilisant les productions locales renouvelables

Black start and stable operation of a portion of the low voltage grid in islanded mode using local renewable energy production

• Auteur / Autrice : Jane Marchand
• Direction : Nouredine Hadjsaid, Vincent Debusschere
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 11/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Electrique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Systèmes et Réseaux électriques
• Jury : Président / Présidente : Yves Lembeye
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nouredine Hadj-said, Philippe Drobinski, Carolina Tranchita
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Drobinski, Carolina Tranchita

Mots clés

Mots clés libres

Black-start

Onduleur grid-forming

Réseau basé sur des onduleurs

Ilotage

Sources d'énergie renouvelables

Réseaux basse tension

Black start

Grid-forming inverter

Inverter-based grid

Islanding

Renewable energy sources

Low voltage grid

Résumé

Dans certaines situations particulières d’incident ou éventuellement de travaux, une poche du réseau de distribution basse tension peut se trouver séparée du réseau principal sans qu’il soit possible de la réalimenter par le biais d’une autre connexion au réseau amont (départ secourant). Dans une telle situation, le seul moyen pour réalimenter les usagers est d’utiliser un moyen mobile, typiquement un groupe électrogène, qui doit être acheminé sur place. Cette procédure de secours impose au gestionnaire du réseau de distribution de posséder et d’entretenir une large flotte de générateur. Dans la thèse, on s’interroge sur la possibilité de réalimenter les usagers isolés uniquement à partir des producteurs locaux : PV et éventuellement une batterie choisie la plus petite possible. Le réseau devient donc un micro-réseau et on souhaite le faire fonctionner en autonomie. L’objectif de la première partie de la thèse est d’étudier la stabilité transitoire d’un réseau îloté ne contenant que des sources interfacées par des onduleurs, en fonction de la proportion de ces onduleurs contrôlés en grid-forming, par rapport à la proportion restée en mode grid-following, tels que le sont les onduleurs actuellement connectés au réseau BT. Les travaux portent également sur l’identification des paramètres impactants pour la détermination du ratio minimal grid-forming / grid-following. Dans la deuxième partie de la thèse, les contraintes liées au redémarrage d’un réseau BT isolé (procédure de black-start) à partir d’une ou plusieurs sources de productions locales sont analysées, avec une attention particulière portée à la catégorisation et modélisation des charges domestiques. Ensuite, le maintien de la stabilité de l’îlot à plus long terme (quelques heures) est abordé via une étude énergétique, qui prend en compte le potentiel de flexibilité de la demande. Enfin, la thèse se conclut avec une analyse de cycle de vie comparative de la solution de réalimentation avec un genset ou avec des ressources locales, sous un jeu de différentes hypothèses.

In case of an outage, or during maintenance, a portion of the low-voltage distribution grid may be isolated from the main grid, with no possibility of re-energizing it via another feeder. In such a situation, isolated grid users are typically supplied temporarily with a mobile diesel generator, which needs to be transported on site. This emergency procedure imposes the distribution system operator to own and maintain many generators. In this thesis, the possibility of re-energizing isolated users solely from local generators is investigated, considering PV sources and possibly a battery chosen as small as possible. The network thus becomes a microgrid, and is to be operated autonomously. The aim of the first part of the thesis is to study the transient stability of an island grid containing only inverter-based resources, with respect to the proportion of those inverters controlled in grid-forming mode, compared with the proportion of inverters remaining in grid-following mode, as is the case with inverters currently connected to the LV grid. The work focuses on identifying the parameters that have an impact on determining the minimum grid-forming / grid-following ratio. In the second part of the thesis, the constraints to re-energizing an islanded LV grid (black-start procedure) from one or more local generation sources are analyzed, with particular attention paid to the categorization and modeling of domestic loads. Then, the long-term operation of the islanded grid (a few hours) is addressed via an energy-based study, which considers the potential for demand flexibility. Finally, the thesis concludes with a comparative life-cycle analysis of the genset and the locally-based re-energization solutions, under a set of different assumptions.