26.02.2024

Gestion de l'injection 2.0 : régulateur d'installation de production d'énergie avec fonctions supplémentaires Phoenix Contact propose une solution certifiée pour les installations photovoltaïques.

Vue d'un parc solaire avec des centaines de panneaux solaires

Résumé

Les opérateurs réseau sont tenus d'injecter dans le réseau la plus grande quantité possible d'énergie produite de manière renouvelable, tout en veillant à ne pas compromettre la stabilité du réseau. Pour la commande et la régulation de la puissance active et réactive, on utilise donc des régulateurs d'installation de production d'énergie, c'est-à-dire des unités de régulation pour les installations de production d'énergie. Les appareils certifiés de Phoenix Contact peuvent aller encore plus loin grâce à la PLCnext Technology sur laquelle ils reposent.

Aperçu du système d'une installation photovoltaïque avec gestion de l'injection

Aperçu du système d'une installation photovoltaïque avec gestion de l'injection

Production d'énergie et qualité du réseau : un défi pour la transition énergétique

Selon le ministère fédéral de l'économie et de l'énergie, les énergies renouvelables représentent la principale source d'électricité en Allemagne. Pilier central de la transition énergétique, sa part dans la consommation d'électricité ne cesse de croître, passant d'environ 6 % en 2000 à 46 % en 2022. Fin 2022, environ 2,6 millions d'installations photovoltaïques (PV) produisaient environ 66 GW de puissance à partir d'énergies renouvelables. L'augmentation constante du nombre d'installations photovoltaïques installées, tant sur le réseau basse tension que sur le réseau moyenne tension, pose toutefois des défis considérables. En effet, les installations de production d'énergie décentralisées doivent également apporter leur contribution à la garantie de la qualité du réseau.

Les paramètres pertinents pour leur évaluation sont la fréquence et la tension. La fréquence du réseau dépend du bilan de la puissance active du réseau. Si les producteurs injectent dans le réseau une puissance active supérieure aux besoins des consommateurs, la fréquence du réseau augmente. La tension secteur quant à elle est influencée par le bilan de la puissance réactive du réseau. Si le besoin de puissance réactive augmente ici, cela entraîne une réduction de la tension secteur.

Exigences techniques et réglementaires

Il est souvent reproché aux installations de production d'énergie décentralisées d'avoir un impact nettement négatif sur la qualité du réseau. Cela résulte principalement du fait que les conditions extérieures telles que le vent ou le soleil, qui déterminent en grande partie la performance des installations, ne sont ni contrôlables ni suffisamment prévisibles. On oublie que ces installations offrent déjà les conditions techniques pour stabiliser la fréquence du réseau tout comme la tension secteur. Si la part des énergies renouvelables dans la consommation d'électricité doit encore augmenter considérablement à moyen terme, il ne fait aucun doute qu'un développement massif des dispositifs de stockage d'énergie est nécessaire.

Outre la production d'énergie, des tâches générales doivent être résolues dans la distribution d'énergie. Ainsi, la libéralisation des marchés de l'électricité s'accompagne de plus en plus d'une transmission de l'énergie transfrontalière. La conséquence logique a été l'adoption de directives européennes dans le « Network Code - Requirements for Generators ». Le Network Code décrit les règles de raccordement au réseau auxquelles sont soumises les installations de production d'énergie installées en Europe. Afin d'en tirer le meilleur parti, ce code doit être adapté aux conditions locales de chaque pays.

Validité pour la plupart des installations commerciales

Dans ce contexte, la VDE (Association allemande de l'électrotechnique, de l'électronique et de la technologie de l'information) a élaboré, à la demande du ministère fédéral de l'économie et de l'énergie, quatre règles d'application nationales pour tous les niveaux de tension. Parmi les directives, la VDE-AR-N 4110 « Règles techniques de raccordement en moyenne tension » remplace la directive moyenne tension du BDEW (Association fédérale de l'industrie de l'énergie et de l'eau). Depuis avril 2019, la norme VDE-AR-N 4110 doit être obligatoirement respectée pour toutes les nouvelles installations de production d'énergie à mettre en service à partir d'une puissance d'installation de 135 kW et d'une plage de tension comprise entre 1 et 60 kV. La règle d'application concerne donc la plupart des installations photovoltaïques commerciales.

Un aspect partiel de la norme VDE-AR-N 4110/20 traite de l'obligation d'utiliser exclusivement des régulateurs de gestion de l'alimentation certifiés. Les régulateurs d'installation de production d'énergie veillent à ce que les valeurs consigne de la puissance active ou réactive ainsi que les procédures de régulation prédéfinies soient respectées au point de raccordement au réseau. La définition des valeurs consigne est effectuée soit par un tiers - l'opérateur réseau ou la société de commercialisation directe - via la télé-exploitation, soit dans le cadre de courbes caractéristiques définies dans la norme VDE-AR-N 4110/20.

Ensemble de commutateurs avec régulateur d'installation de production d'énergie

Ensemble de commutateurs complet, y compris régulateur d'installation de production d'énergie certifié de Phoenix Contact

La certification de solutions propres est coûteuse

Pour la certification des propriétés électriques des régulateurs d'installation de production d'énergie, il convient d'appliquer la directive FGW TR8 qui fait autorité. En ce qui concerne la mesure et le test de ces propriétés électriques, il convient de se référer à la norme FGW TR3. Enfin, la modélisation et la validation des modèles de simulation des propriétés électriques sont soumises à la norme FGW TR4.

Pour obtenir ce que l'on appelle le certificat de composant pour les régulateurs d'installation de production d'énergie, l'effort s'avère intense, tant du point de vue technique que financier. Dans le photovoltaïque en particulier, où le marché est très fragmenté en Allemagne, la certification de régulateurs développés en interne ne sera pas rentable pour la majorité des installateurs. Un aspect qui devrait être au moins aussi important que la conformité par rapport à la directive sur le raccordement est la flexibilité d'utilisation du régulateur.

De nombreuses fonctions dans un seul appareil

Dans ce contexte, Phoenix Contact s'est penchée, avant même la certification, sur la question de savoir comment, d'une part, garantir la conformité aux normes sans, d'autre part, devoir renoncer aux multiples possibilités de la commande industrielle sur laquelle repose la solution. En effet, la génération actuelle d'API basée sur la PLCnext Technology ouverte est utilisée comme matériel.

Cette technologie permet non seulement d'utiliser différents langages de programmation - comme CEI 61131, C/C++, C# ou Matlab/Simulink - dans un même projet. Il est également possible de combiner différentes fonctions dans un seul appareil. Phoenix Contact ne fournit pas ici aux utilisateurs une solution tout-en-un, mais s'adresse de manière ciblée aux utilisateurs qui disposent des connaissances nécessaires en matière de système et de programmation pour leur application. Dans de premiers projets, une connexion de télécontrôle a par exemple été mise en œuvre en plus de la fonction de régulation certifiée sur le même système de commande industriel. Une telle approche se révèle peu coûteuse et peu encombrante car deux appareils séparés sont généralement utilisés pour cette tâche.

Topologie d'un automate équipé de la PLCnext Technology

Le PLCnext Control permet le développement d'un code de programme avec différents outils logiciels et même une exécution parallèle sur l'appareil

Exemple d'application pour une mise en service simple

Afin d'aider les clients à mettre en service la solution décrite ci-dessus, Phoenix Contact met à disposition un exemple d'application pour le couplage de la télé-exploitation, y compris une application web pour le paramétrage du régulateur d'installation de production d'énergie. Aucune autre adaptation n'est donc nécessaire, à l'exception de l'implémentation des interfaces spécifiques aux exigences respectives. Des fonctions supplémentaires peuvent toutefois être ajoutées selon les besoins. Le mode de régulation, la configuration des paramètres de régulation PID standard, le réglage des points d'appui des courbes caractéristiques, l'enregistrement de profils binaires pour le récepteur centralisé ou l'enregistrement de tous les paramètres essentiels du réseau et du régulateur lors de la première mise en service font partie de cette application.

Pour la mise en œuvre des interfaces spécifiques aux exigences du régulateur d'installation de production d'énergie, Phoenix Contact propose de plus d'autres bibliothèques de blocs fonctionnels. Celles-ci comprennent entre autres des blocs pour l'intégration d'installations décentralisées via la télé-exploitation. De plus, des blocs fonctionnels spécifiques au photovoltaïque simplifient la communication avec les onduleurs, les compteurs d'énergie ou le couplage à un portail indépendant du fabricant.

Auteur: Thomas Boldt

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