Réseaux de distribution

Installations décentralisées de production d’énergie
Nouveaux défis en matière de protection
Alain Schenk
Florian Rom anens
Matthias Dietrich
POW ERTAGE 2016, 31.05.2016
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Sommaire
–
BKW
–
Transition énergétique
–
Technique de protection
Défis pour la stabilité
–
Soutien du réseau
du réseau électrique
–
Système UFLS
Défis pour la protection dans le
–
Protection de découplage du réseau
réseau de distribution
–
Modification de la puissance de court-circuit
–
Injection multilatérale
–
Déconnexion en cas d’erreur proche par la protection des
Introduction
IPE
–
Résumé – À retenir
Réseaux en îlot
2
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Notre stratégie en bref
BKW souhaite passer du statut de producteur d’électricité traditionnel à celui de fournisseur de
solutions énergétiques leader en Suisse.
Elargir les
prestations
2024
Renforcer
l’énergie
Développer les
réseaux
3
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Les réseaux de BKW
NR 1
NR 2
17
Transformateurs
NR 3
430 km
740 km
139
Réseau 132 kV
Réseau 50 kV
Transformateurs
(niveaux 3 et 4)
5200 km
Réseau 16 kV
5260
Transformateurs
NR 4
NR 5
NR 6
NR 7
15 400 km Réseau 0,4 kV
Image : adaptée
de l’AES, données
BKW
4
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Les gestionnaires du réseau de distribution font le
grand écart
Législateur
et régulateur
Investissements
Clients
État
Âge
010111
110010
100011
5
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Transition énergétique – "Meter-to-Cash" en mutation
Le domaine du comptage et de la facturation se transforme très rapidement :

Les abonnés sont devenus des clients.

L'appétit pour les données énergétiques croît, les smart meters conquièrent le marché.

digitalisation de la facturation et du service clientèle

discussion concernant la libéralisation du metering
Exploitation
Equipements &
accessoires
Metering
Relevé des données
Gestion
des données
Offre comlpète M2C
Facturation
BKW répond à ces nouveaux besoins par un service "Meter-to-Cash" intégré
(combinaison de prestations partielles ou offre intégrale).
6
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
7
Transition énergétique – Solutions efficaces pour les
réseaux intelligents
BKW est le leader en Suisse
dans la mise en œuvre des
technologies « intelligentes »
pour l'intégration photovoltaïque.
Permet dans de
nombreux cas de
réduire fortement les
coûts d’extension
du réseau.
Intégration PV efficace
TDR1
7
RDB2
10
Régulation
Q
11
Plate-forme de démonstration
Swiss Energypark
Projet de recherche
GridBox (Kiental)
Forte de l’expérience recueillie dans son propre réseau, BKW propose son
expérience à d’autres exploitants de réseaux.
1 Transformateur de distribution réglable ; 2 Régulateur de branche
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Transition énergétique – Défis pour les réseaux
Réseaux de distribution
Exploiter
les réseaux
de manière sûre
Système global
Intégration
d’IPE
décentralisées
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Evolution des installations PV sur le réseau BKW
100 000
90 000
3 500
80 000
3 000
Nombre
70 000
2 500
60 000
2 000
50 000
40 000
1 500
30 000
1 000
20 000
500
Puissance installée cumulée [kWc]
4 000
10 000
0
0
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Anzahl
Total
Nombre
total
Puissance
Leistung
9
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Transformation du système énergétique
Sans IPD
Avec IPD
HT [NR1-3]
HT [NR1-3]
G
G
G
MT [NR5]
MT [NR5]
DG
DG
• Les réseaux de distribution existants ont été
principalement conçus pour assurer la répartition
de la charge
• Les IP décentralisées influencent le sens des flux
d’énergie
DG
DG
DG
10
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Technique de protection
En quoi
consiste
la protection ?
La protection consiste en l’identification et le déclenchement des
défauts ou autres anomalies de fonctionnement dans un réseau
électrique.
Exigences en matière de protection
Fiabilité | Sélectivité | Stabilité | Rapidité | Sensibilité
Déconnecter uniquement la partie en défaut
Technique primaire
Exploitation / coordination
Contrôle-commande
Asset Management
(stratégie et investissement)
Autres exploitants de réseau et
de centrales électriques
Verbindend
Protection
Conception /
étude de projet /
réalisation
Maintenance
11
Défis pour la stabilité du
réseau électrique
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Soutien du réseau – changements
Avenir
Passé
Transition énergétique
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Toutes les IPE doivent soutenir
le réseau
Comportement en cas de dérangement dans les réseaux
supérieurs
Exigences à toutes les IPE
En cas de défauts dans les réseaux
supérieurs:
•
Soutenir activement le domaine de
fréquence
•
En cas de baisse de tension transitoire :
• <1 MVA :
déconnexion autorisée
• ≥1 MVA :
rester connecté au réseau et soutenir la
tension
…
•
Document AES :
« Recommandation pour le raccordement au
réseau des installations de production d’énergie
2014 »
Exploitants de réseau :
exigences à intégrer aux prescriptions
techniques de raccordement
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
15
Comportement en cas de dérangement dans les réseaux
supérieurs
Comportement tension
• Fonctionnalité Fault-RideThrough (FRT)
• ≥1 MVA :
rester connecté au
réseau
• <1 MVA :
déconnexion autorisée
Soutien de la tension
Soutien de la fréquence
• ≥1 MVA :
injection de courant
réactif (courant de courtcircuit) dépendant de la
différence de tension
• de 47,5 à 51,5 Hz rester
connecté au réseau
ΔIB/In
U
• au-delà de 50,2 Hz :
réduction de la
puissance active
50,2 Hz
P [%]
k=2
100
Réduction de
puissance
40% par Hz
Déconnexion non autorisée
Déconnexion autorisée
t
Apparition du défaut
ΔU/Un
Bande
morte
50
0
F [Hz]
47,5
49,0 50,0
Plage UFLS
51,5
Déconnexion non
autorisée
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Under Frequency Load Shedding (UFLS)
UFLS dans les réseaux de distribution actifs – Problématique
Les IPE décentralisées ne doivent
pas être déconnectées du réseau par
l’UFLS
Production
Nouvelles solutions de mise en œuvre du
système UFLS
UFLS
(charge)
Charge
f=50Hz
Problème au sein
du système
f
Réseau
sauvé
Quelle
solution ?
UFLS
(charge et
production)
Blackout
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Under Frequency Load Shedding (UFLS)
UFLS dans les réseaux de distribution actifs – Solution
Les IPE décentralisées ne doivent
pas être déconnectées du réseau par
l’UFLS
Contrôle de la direction de la puissance
par départ MT dans le poste de
transformation (sous-station)
Passé
Avenir
NR 1-3
NR 1-3
NR 5
NR 5
17
Réseaux de distribution
Défis en matière de protection
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Protection de découplage du réseau
Basse tension
Documents importants à prendre en compte !
Protection de découplage pour le réseau et les installations
• Dispositif de protection indépendant de l'onduleur pour
les installations > 30 kVA
La « Recommandation pour le
raccordement au réseau des
installations de production d’énergie
2014 » de l’AES tient compte des
documents pertinents
Fonctions de protection
intégrées à l’onduleur












Protection de découplage du réseau
(Protection RR)
Relais de
protection
BT (NR 7)
L1
L2
L3
N
Augmentation de la tension
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
20
Puissance de court-circuit
La puissance de court-circuit change-t-elle en moyenne tension ?
1 GVA
2,6 kA
NR3
132 kV
Réseau en îlot: Forte baisse de la puissance de court-circuit
En l’absence de couplage au réseau interconnecté
Les courants de court-circuit sont très faibles, dans la plage de charge
→ Répartition du courant de court-circuit déterminée par les IPE dans le réseau
→ Puissance de court-circuit dépendante du type de générateur
NR5
16 kV
Câble
•
•
Ucc = 9%
10 GVA
26,2 kA
Ucc = 12%
Attention : dans les réseaux à puissance de court-circuit réduite, l'entonnoir de
tension est plus important !
→ Risque de déclenchement de la protection contre la sous-tension
des IPE < 1 MVA
10 %
BT
16 kV
5 km
Tant qu’il y a une connexion au réseau HT
100 %
400 MVA
•
NR1
220 kV
40 MVA
Légère modification de la puissance de court-circuit en moyenne tension
169
MVA
6,1 kA
145
MVA
5,2 kA
100 %
86 %
Exemple chiffré des effets d’une réduction
de la puissance de court-circuit de NR 1 en NR 5
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Injection multilatérale
Répartition du courant de court-circuit, injection intermédiaire
Toutes les sources d’énergie doivent être
déconnectées du réseau
Le lieu en défaut est alimenté par différentes
sources de courant et de tension
Ipu
vs.
Dilemme
Soutenir le réseau
Déclenchement en cas
de défaut sur le réseau
Ik ≈ 1• In
40 ms
IPE ≥ 1 MVA avec obligation de soutien du réseau
IPE1
IPE2
IPE3
1 x In
PT MT
HT
Ik
t
Courant de court-circuit typique
Onduleur
Court-circuit
Courant de court-circuit
NR 3
Défaut
distant
Représentation simplifiée
NR 5
Défaut proche
Distinction
Défaut proche dans le réseau propre
Défaut distant dans le réseau supérieur
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
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Déconnexion en cas de défaut dans le réseau
Suggestions de solutions : déclenchement des IPE ≥ 1MVA en cas de défaut
proche
Solution avec entraînement
HT
Entraînement
Le déclenchement de la protection
dans la sous-station est transmis au
disjoncteur de l’installation de
production par la liaison de
communication
IPE
Poste MT
Prot .
NR 3
NR 5
Protection de distance
avec démarrage par sous-impédance ou
sous-tension
Solution avec prot. de distance à l'IPE
IPE
HT
NR 3
Z< U0
Poste MT
Prot .
NR 5
Z< Protection de distance
U0 Protection par tension homopolaire
pour défauts terre, selon traitement
du point neutre
POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Déconnexion en cas de défaut réseau avec protection MT
Projets concrets de mise en œuvre
Mont Crosin (Juvent)
GEFCO Suisse SA Courgenay (JU)
BKW / Energie du Jura SA (EDJ)
Solution avec entraînement depuis
Solution avec protection de distance
la sous-station
Centrale solaire de 6,7 MWc
Parc de 16 éoliennes et 37 MVA au
total
NR 3
50 kV
NR 5
16 kV
(seule une partie de l’installation est visible)
Entraînement en cas de déclenchement de protection
dans la sous-station
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Réseaux en îlot
Formation
Conditions de base
Événements déclencheurs
Équilibre entre puissance
active et réactive
Déclenchements
de protection
Forte pénétration
d’installations de
production décentralisées
dans le réseau
Actions de commutation
liées à l’exploitation
Sûr ?
Volontaire / involontaire ?
Réseau en îlot
Stable ?
Durée ?
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
Réseaux en îlot
Thématiques
•
•
Réseaux en îlot
Opportunité d’augmentation de la sécurité d’approvisionnement
Défis pour l’exploitation
Sécurité au travail
Vérifier l’absence de tension
après la déconnexion
Traitement du point neutre
Le traitement du point neutre peut
changer, par exemple de compensé à
isolé en cas de déclenchement dans
la sous-station
Qualité de la
tension
Régulation de la tension,
réglage de protection U<>,
plage de fréquence
Réseaux
en îlot
Réenclenchement
automatique
Renoncer ? Retarder ? Vérifier
l’absence de tension ? Test de
synchronisation ?
Protection du
réseau
Déconnexion sûre en cas
de défaut (court-circuit et
défaut à la terre)
Arrêter ou resynchroniser le réseau
en îlot
Possibilités de commande des IPE,
Test de synchronisation ? resynchroniser les IPE avec le réseau
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POW ERTAGE 2016 | BKW | 31. 05. 2016
26
Résumé – À retenir
•
La production d’énergie décentralisée implique de nombreux défis pour l’ensemble
des gestionnaires de réseau
•
La planification du réseau, les composants de réseau actifs et la protection sont des
aspects centraux pour une intégration réussie des IPE décentralisées
•
La transition énergétique génère de nouveaux défis de protection pour l’intégration
des nouvelles IPE
•
Toutes les IPE sont importantes pour la stabilité du système énergétique, les IPE
décentralisées gagneront progressivement en importance
•
Les conditions techniques de raccordement des gestionnaires de réseau doivent
tenir compte des exigences aux IPE
•
La nouvelle situation doit être prise en compte dans les concepts de protection des
réseaux de distribution
Merci de votre attention
Alain Schenk
[email protected]
Florian Romanens
[email protected]
Rendez-nous visite
Stand F12 I Halle 6
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Matthias Dietrich
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