Généralités sur l’intégration des éoliennes dans les réseaux électriques Présentateur: Philippe Le-Huy Auteur: Richard Gagnon Septembre 2018

Plan Réseau d’Hydro-Québec (HQ) Caractéristiques fondamentales d’un réseau électrique Défi de l’intégration des éoliennes au réseau Les types d’éoliennes Les centrales éoliennes Introduction au domaine de l’intégration des éoliennes au réseau : positionnement du domaine d’étude Exemple

Le réseau Hydro-Québec: Maine Québec New-York Vermont USA Gaspé Peninsula Ontario New- Brunswick Le réseau Hydro-Québec: Grands équipements de production et de transport Hydro-Québec est un important distributeur, transporteur et producteur d'électricité en Amérique du Nord. Elle exploite essentiellement des énergies renouvelables, plus particulièrement l'hydroélectricité. Puissance installée: 36 000 MW 17 interconnexions avec les réseaux des provinces canadiennes et des États américains voisins. À l’horizon 2015, HQ acheminera quelque 4 000 MW d’énergie éolienne sur le réseau de transport

Production éolienne au Québec Actuellement en service: ~3000 MW En service à la fin 2015: ~4000 MW

Caractéristiques fondamentales d’un réseau électrique L’amplitude de la tension en tout point du réseau doit être maintenue près de sa valeur nominale Excitation gén. synchrones SVC, Comp. synchrones

Caractéristiques fondamentales d’un réseau électrique La puissance produite par les sources de production doit être égale à celle consommée par la charge (incluant les pertes) Gén. synchrones: contrôle Fréquence/Puissance Gén. synchrones: réponse inertielle

Défi de l’intégration des éoliennes au réseau Rendre l’intégration des éoliennes compatible avec les caractéristiques fondamentales d’un réseau électrique: Tension constante sur le réseau Contribution des éoliennes à la régulation de tension Utilisation d’autres équipements de régulation de tension: comp. synchrones, SVC, Statcom Puissance produite totale (éoliennes + autres sources) = puissance consommée Contribution accrue des génératrices synchrones Contribution des éoliennes au contrôle Fréq./Puissance + réponse inertielle

Appel d’offres 2000 MW Enercon Les types d’éoliennes Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 IG Commande SG Commande IG Commande IG Le Nordais Neg Micon 750 kW Murdochville Vestas V-80 1.8 MW Appel d’offres 1000 MW GE 1.5 MW Appel d’offres 2000 MW REpower 2.05 MW Appel d’offres 2000 MW Enercon 2 MW, 2.3 MW Gén. ind. à cage Vitesse const. Q non contrôlée Pitch constant Gén. ind. à rotor bobiné Glissement variable Q non contrôlée Pitch variable Gén. Synchrone Vitesse variable Q ou V contrôlée Puissance convertisseur: 100% de Puiss. Nominale Pitch variable Gén. ind. à rotor bobiné Vitesse variable Q ou V contrôlée Puissance convertisseur: 30% de Puiss. Nominale Pitch variable

Caractéristiques des éoliennes vues du réseau IG Type 1: Génératrice directement connectée au réseau, aucun système de commande Le comportement dépend à 100% de la physique du système Type 2: Génératrice directement connectée au réseau, R variable au rotor + commande Le comportement dépend surtout de la physique du système IG Commande IG Commande Type 3: Stator directement connecté au réseau, rotor alimenté par un convertisseur + commande Le comportement dépend de la physique et du système de commande des convertisseurs électroniques Type 4: Le réseau ne voit pratiquement que l’onduleur Le comportement dépend surtout du système de commande de l’onduleur réseau SG Commande

Éolienne de Type 4 - Structure - Cas particulier: Enercon E-126 Pnom: 7.58 MW Diamètre du rotor: 127 m Vitesse de rotation: 5 - 12.1 rpm Génératrice synchrone sans boîte d’engrenage 135 m Sources: http://www.enercon.de/p/downloads/ENERCON_TuS_en.pdf http://www.enercon.de/en-en/66.htm

Les centrales éoliennes

Centrale éolienne Valeurs typiques: 75 éoliennes sur 4 artères Vmes WFMS Vref Qref 34.5 kV Réseau HQ 230 kV Artère 1 Artère 2 Artère 3 Artère 4 Tr.MALT 575 V Valeurs typiques: 75 éoliennes sur 4 artères Réseau collecteur 34.5 kV (lignes aériennes et câbles souterrains)

Introduction au domaine de l’intégration des éoliennes au réseau : positionnement du domaine d’étude Calcul Réserve Rég. Fréq / Puissance (minute à ~1 h) PSS/E Matlab/SimPowerSystems Calcul Réserve Pour le producteur (1 h à ~48 h) EMTP-RV Hypersim Calcul court-circuit Écoulement de puissance Foudre Transitoires électromagnétiques Stabilité transitoire Stabilité long terme Régime permanent 100 s 1 us 100 us 10 ms 1 s

Exemple Hydro-Québec Strategy to Evaluate Electrical Transients Following Wind Power Plant Integration in the Gaspésie Transmission System