Onduleurs formateurs de réseau vs. onduleurs suivants de réseau

Dans un système électrique hors réseau, le choix entre un onduleur formateur de réseau et un onduleur suiveur de réseau ne relève pas simplement d’une différence de quelques points de pourcentage en efficacité. Il s’agit de la différence entre un système capable d’établir une tension et un système incapable de démarrer du tout. Cette distinction repose sur un seul principe de commande : source de courant contre source de tension.

Source de courant contre source de tension

Un onduleur suiveur de réseau se comporte comme une source de courant contrôlée. Il utilise une boucle à verrouillage de phase pour mesurer la phase d’une tension alternative existante et injecte un courant en synchronisme avec cette référence. Son fonctionnement dépend entièrement d’une référence externe de tension et de fréquence. Dans un environnement hors réseau, où aucune telle référence n’existe, un onduleur suiveur de réseau n’a rien à suivre.

En revanche, un onduleur formateur de réseau fonctionne comme une source de tension. Il établit son propre vecteur de tension interne, avec une amplitude et une fréquence définies localement, et les autres sources ainsi que les charges se synchronisent sur cette référence. En ce sens, son comportement ressemble à celui d’un générateur synchrone : il n’attend pas l’existence d’un réseau ; il crée les conditions nécessaires à son existence.

Pourquoi les systèmes hors réseau exigent-ils un contrôle formateur de réseau

Dans un micro-réseau ou un système isolé, il n’existe pas de réseau public pour fournir la référence de tension et de fréquence. Si le système de conversion de puissance (PCS) fonctionne en mode suiveur de réseau, aucun dispositif du système ne prend la responsabilité d’établir cette référence. Le micro-réseau ne peut donc pas être mis sous tension. Il ne s’agit pas d’une limitation marginale de performance, mais bien d’une condition fonctionnelle préalable.

Le même principe s’applique lorsqu’on connecte des charges moteur à forte puissance. Les moteurs à induction absorbent un courant de pointe élevé au démarrage, et ce courant peut perturber les boucles de commande des onduleurs dans un micro-réseau isolé. Un onduleur formateur de réseau doit tolérer une chute de tension momentanée dans les limites de résistance définies par la norme IEEE Std. 1547, tout en maintenant la régulation de tension et en évitant un déclenchement.

Les onduleurs suivant le réseau ne possèdent pas cette capacité dans un contexte hors réseau, car ils ne sont pas les dispositifs qui établissent la tension en premier lieu. Dans les micro-réseaux, les sites industriels isolés et les opérations minières ou de traitement éloignées, la capacité de formation de réseau constitue donc une exigence fondamentale, et non une amélioration optionnelle.

Que rechercher dans un système de conversion d’énergie (PCS) formant le réseau

Les capacités essentielles comprennent le démarrage à froid (établissement de la tension à partir d’un état sans énergie), la réponse d’inertie à l’échelle de la milliseconde, la contribution de courant de court-circuit pour supporter les transitoires liés au démarrage des moteurs, ainsi qu’une transition fluide entre les modes raccordé au réseau et isolé.

Un exemple pratique est un système de conversion d’énergie (PCS) formateur de réseau intégré à un transformateur élévateur, comme ceux proposés par Zhongmeng (Jiangsu Zhongmeng Electrical). L’unité combinée PCS formateur de réseau de cette entreprise indique un temps de réponse de 10 ms ou moins et un fonctionnement stable avec un rapport de court-circuit (SCR) inférieur à 1,1 — une plage que les équipements conventionnels suivant le réseau ne parviennent généralement pas à supporter.

L’unité intègre également une réponse d’inertie, un contrôle d’amortissement, un fonctionnement parallèle multi-unité, un démarrage à froid (black start) et une tolérance aux sauts de phase ; son rendement de conversion atteint ou dépasse 98,5 %. Ces caractéristiques ne sont pas mentionnées à titre publicitaire, mais parce qu’elles correspondent directement aux conditions hors réseau décrites ci-dessus.

Une courte liste de vérification pour la sélection

Avant de spécifier un PCS pour un projet hors réseau, quatre questions méritent d’être posées.

1. Le projet implique-t-il réellement un fonctionnement en îlot ? Si oui, la commande formateur de réseau est une condition préalable.

2. Le PCS est-il capable d’effectuer un démarrage à froid (black start) et d’établir une tension sur un bus vide ?

3. Quel est le temps de réponse à l’inertie, et est-il spécifié en millisecondes plutôt qu’en secondes ?

4. L’unité peut-elle supporter le courant d’appel des charges moteur sans déclencher ?

Si l’une de ces réponses n’est pas claire, le mode de commande n’a pas été suffisamment vérifié.

Scénarios d’application

Un onduleur « grid-forming » n’est pas un onduleur « grid-following » amélioré. C’est un type d’appareil différent, conçu pour des conditions réseau différentes. Dans les systèmes hors réseau, le choix de l’architecture de commande appropriée importe davantage que la comparaison des puissances nominales.

FAQ

Q : Quelle est la principale différence entre les onduleurs « grid-forming » et « grid-following » ?

R : L’onduleur « grid-forming » agit comme une source de tension qui crée sa propre référence ; l’onduleur « grid-following » agit comme une source de courant qui nécessite une tension existante à suivre.

Q : Un onduleur « grid-following » peut-il fonctionner dans un système hors réseau ?

R : Non. En l’absence de référence de tension externe, un onduleur « grid-following » ne dispose d’aucun signal avec lequel se synchroniser et ne peut donc pas démarrer.

Q : Quelle est la capacité de démarrage à froid (« black start ») ?

R : La capacité à alimenter un jeu de barres désemparé et à établir une tension sans aucune source d’alimentation externe.

Q : Pourquoi le temps de réponse est-il important pour les systèmes de conversion d’énergie (PCS) hors réseau ?

R : Un temps de réponse rapide (10 ms ou moins) garantit la stabilité de la tension lors de changements brusques de charge et du démarrage de moteurs dans les systèmes autonomes.

Q : Que signifie un rapport de court-circuit (SCR) inférieur à 1,1 pour un PCS ?

R : Cela indique que le PCS peut maintenir un fonctionnement stable dans des conditions de réseau faible, où le rapport de court-circuit est très bas. able operation in weak grid conditions where the short-circuit ratio is very low.