Apport du stockage de l'énergie à l'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques. Contribution aux services système

21/10/2017
Publication REE REE 2005-5
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-5:20535
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Apport du stockage de l'énergie à l'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques. Contribution aux services système

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        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2005-5/20535</identifier><creators><creator><creatorName>Benoît Robyns</creatorName></creator><creator><creatorName>Aymeric Anset</creatorName></creator><creator><creatorName>Arnaud Davigny</creatorName></creator><creator><creatorName>Christophe Saudemont</creatorName></creator><creator><creatorName>Gabriel Cimuca</creatorName></creator><creator><creatorName>Mircea Radulescu</creatorName></creator><creator><creatorName>Jean-Michel Grave</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>Apport du stockage de l'énergie à l'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques. Contribution aux services système</title></titles>
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	    <date dateType="Created">Sat 21 Oct 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Sat 21 Oct 2017</date>
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L'ÉNERGIE ÉOLIENNE ,r m Apport du stockage de l'énergie à if m l'intégration des éoliennes dans 1 les réseaux électriques. m m Contribution aux services système Mots clés D. 8 V` V V 3- 6 4- o o 100 2QQ 300 400 50D 60 0 100 200 300 400 500 60 temps (s) Figwre 6. Vitesse du vent consiclérée dans la simtilation. Pwg -. : Vitesse du volant Supervisetii- à P* logique floue L Figure 4. Superviseur à logiqtieflotte. s, a a a x P U. . mi i XJ ` P,,f i OJ " \'.. ,I " \ \ \../\ " " ---'-... :.. : , P 1 - < "_. \ \'\/'. "..'-' e Figure 5. Evolittion de la puissance de réglage de l'association éolienne-stockage déduite par logique floue en fonction de la puissance générée par l'éolienne et de la vitesse du volant. Pour simuler la turbine éolienne, des mesures ont été réalisées par Forclum Ingénierie sur une éolienne à vites- se constante de 300 kW installée à Dunkerque. La figure 6 montre la vitesse du vent mesurée dans le cas d'une vitesse moyenne (environ 10 mis) suivie d'une vitesse faible (environ 6,3 mis). Dans la simulation, la puissance active consommée par la charge est de 300 kW et sa puis- sance réactive est de 120 kvar. Initialement, la vitesse de rotation du volant d'inertie couplé à la machine asyn- chrone est de 3500 tr/min. 3x Id1 1 1 1 3' Q), 2 r--- 112 1 5 '-' u r. or f-/ .- 1. J " 1- 11` (J5 u U U,u u 05 / 0 1 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 temps (s) Figure 7. Puissance active générée par le groupe électrogène avec et sans système de stockage respectivement en trait continu et en pointillés. La figure 7 montre la puissance active générée par le groupe électrogène avec et sans système de stockage res- pectivement en trait continu et en pointillés. Cette figure confirme que le système de stockage proposé permet de réduire considérablement les variations de puissance du groupe électrogène. Durant les brutales variations de la vitesse du vent, des variations significatives de puissance subsistent. C'est dû à la puissance de la machine asyn- chrone couplée au volant d'inertie, qui est limitée à 90 kW. 3.2. Stockage associé à une éolienne à vitesse variable : développement d'un émulateur temps réel Dans le cas d'éoliennes à vitesse variable, la connexion du système de stockage à la génératrice éolienne peut être réalisée au niveau d'un bus de tension continue (figure 8). Ainsi connecté, le dispositif de stockage inertiel est chargé du contrôle de la tension du bus continu (absorbant ou restituant le différentiel de REE No 5 Mai2005 . DOSSier) L'ÉNERGIE ÉOLIENNE Conv. 1Conv 3 " M ;' : P c) c) 3- l -n 1XÀ ai,) conv. 2 Conv. 2 Filtre T -r "" Kéceau t- 1 Charge Isolée Volant d'inertie Figecre8. Eolieiiiie a vitesse i,ariable associée à di (stockage eii itie d'tin.foiictioiiiieiiieiit sitr t^éseati oii siir charges isolées. puissance entre la production éolienne d'une part, et la consommation au niveau du réseau d'autre part). Le convertisseur de puissance connecté au réseau est, quant à lui, chargé d'assurer le réglage de l'amplitude et de la fréquence des tensions au point de connexion au réseau. Afin d'évaluer la capacité des générateurs éoliens à assurer des services du système électrique, nous considérons un dispositif de génération capable d'alimenter des charges isolées ou d'être intégré à un réseau alimenté par des alternateurs classiques. Le passage de la seconde à la première de ces deux situations correspondant à un îlotage. Ces contraintes supposent un générateur capable de fonctionner sans source auxiliaire, de participer à l'équi- libre consommation-production et capable de régler l'amplitude et la fréquence des tensions qu'il fournit. C'est pourquoi nous considérons une machine synchrone à aimants permanents fonctionnant en génératrice à vitesse variable et un système de stockage inertiel relié au bus de tension continue [12,19,20]. Un banc d'essai reproduisant en temps réel et à échelle réduite (3 kW) le comportement du système présenté à la n '-, P'. 1, " J.' f x l,' ", 1,. " !.-. fPul ,, J 1 ` PM9 9d: 7 1p u.] I -. --_..(1 C d. Q2. ",. ",.J'--, ", :'J : ,..-.., 'Ui Pgf 1p Li.] 1p Li.] Q U i Figure 9. EvoLution.sin2plifiée de la puissance de réglage de l'association éolienne-stockage en fonction de la puissance générée par l'éolienne et de la vitesse du volant. Figure 10. Evolution simplifiée de Ln puissance de réglage de l'association éolienne-stockage fonction de la puissance généréepar l'éolienne et de la vitesse du volant. figure 8 est développé au sein du L2EP, sur le site de HEI. Ce banc est décrit en détail dans [20]. Les résultats expéri- mentaux présentés dans cet article montrent l'importance de la stratégie de supervision en se fixant comme objectif le lissage de la puissance envoyée au réseau. La stratégie de supervision considérée est déduite du superviseur à logique floue présenté dans la section précédente et déve- loppé en appendice. Afin de réduire le temps de calcul de l'application temps réel, la surface obtenue en sortie du superviseur (présentée à la figure 5) est approchée par des surfaces simplifiées présentées aux figures 9 et 10. L'essai expérimental de la figure Il représente la vitesse de la génératrice éolienne et la puissance générée sur le réseau sans système de stockage. Les essais repré- sentés aux figures 12 et 13 ont été réalisés avec le même enregistrement de la vitesse du vent que celui de la figure 11, mais avec un système de stockage inertiel lissant la puissance au moyen des superviseurs respectivement des figures 9 et 10. Les figures 12 et 13 montrent, pour chaque essai, la puissance générée sur le réseau et la vitesse du volant d'inertie. L'évolution de la puissance générée sur le réseau est sensiblement différente dans les deux essais. En effet, la figure 13.a montre par moments REE N " 5 Mai2005 Apport du stockage de énergie à ntégration des éoliennes dans les réseaux électriques..,. - \'.V\A -'\ = .-/-'-7 . '§ .L'-''.- - - . - ''L'. '.. - > (a) Temps(s) -, '\. "'/..--. -' !/ "\ ''*. "\ -D , . "\/''. §' "'. ;//\ A/'/'V \/ 1 F isrm- .-'C - : : J ___il -, ,....,,,,,'.lJ " - - -1. .:' :'J :< 1 i c'CC T :°,-, :,.,-, :"'-' (b) Temps (s) a i Tempa s Figiti-e 11. Vitesse de la géiiéi-citrice éolieiiiie (a) et pliissatice gér2éréesur le réseau (b) en l'absence de stockage. !- ! U Teiiips (s) !. :.E'.i- -! .... J f Teiiips (s) I Tempsç _ :. Figttre 12. Ptiissance géiié ; ée siir le réseait (a) et vitesse dit i ? olaiit d'iiiet-tie (b) eii coiisidérant le SLiperviseiii- représenté à la figure 9. une évolution constante de cette puissance, tandis que la figure 12.a montre une évolution filtrée de la puissance. L'exigence plus forte en terme de lissage dans le cas de l'essai de la figure 13 se solde par une saturation plus rapide de la vitesse du volant (comprise entre 1000 et 3000 tr/min), entraînant par moment une absence totale de lissage de la puissance générée. C'est dû à la valeur limitée du moment d'inertie du volant (J = 0,22 mkg), lequel est un produit commercial [20] qui n'est pas spé- cifiquement adapté à l'application considérée. D'autre part, on constate que les valeurs moyennes des puissances générées sur le réseau dans les essais des figures 12 et 13 sont sensiblement inférieures à la valeur moyenne de la puissance générée dans l'essai de la figure 11. Cette dif- férence s'explique par la nécessité de magnétiser la machine asynchrone entraînant le volant, et par les pertes dans cette machine et dans les convertisseurs électroniques de puissance [21]. La machine asynchrone fonctionnant à une puissance nettement inférieure à sa puissance 1 1 1 : Cr. (v 4 eO'N' " >\ e c, f , r 1 7, v/ 111, v 1 1 C- _,.. - '/: ,Il 1, 1, (a) U Temps (s) ; Ij " - 1 m -., 1 1 9 1' t Il,- Il cfj \ v ici : : : : : : II) :C'- Il. I_i i--- -t - -,- ..-_L. " " " " ",- Il ",/ (b) Temps (s) Figiii-e 13. Ptiissaiice oéiiérée sitr le i-éseali (a) et vitesse di (volant d'iiiei-tie (b) en coiisidél-ciiit le sttlerviseitr représenté à lafigit-c 10. nominale, du fait que l'on se contente de lisser la puissance, son rendement est relativement faible. Le choix de ce type de machine est justifié par sa simplicité et son faible coût, mais n'est pas le plus favorable du point de vue du rendement [22]. Les rendements des systèmes de stockage inertiel industriels atteignent des valeurs allant de 70 à 95 %. Les premiers essais obtenus sur le banc d'essai de 3 kW montrent néanmoins l'apport du stockage sur la qualité de la puissance générée par 1,éolienne, ainsi que l'importance de la stratégie de supervision. 3.3. Ferme d'éoliennes à vitesse variable : participation aux services du système électrique Le réglage primaire de la fréquence dans les centrales classiques est basé sur le lien naturel existant entre les variations de puissance active générée par un alternateur et sa vitesse de rotation déterminant la fréquence des tensions et courants générés. Un tel lien n'existe évidem- ment pas lorsque la puissance est contrôlée via un conver- tisseur électronique de puissance. Dans le but d'amener la structure d'éolienne représentée à la figure 8 à participer aux services du système électrique, et en particulier à pouvoir fonctionner en îlotage, un lien artificiel est intro- duit entre la fréquence du convertisseur de puissance et la puissance qu'il génère [23]. Cette relation, représentée à la figure 14, s'inspire de stratégies de réglage appliquées à des alimentations de secours fonctionnant en parallèle [24,25], et permet aux différentes sources de se partager équitablement la puissance fournie aux charges. Les tech- niques proposées de réglage de la fréquence et de la tension,ainsique la stratégiede supervision, sontdéveloppées dans [4,5]. Ces techniques ont été testées au moyen de simulations numériques sur le réseau de distribution 20 kV représenté à la figure 15. c Les trois systèmeséolien-stockage (GS 1, GS2 et GS3) sont soumis à trois profils de vent différents représentés à la figure 16. Ces systèmes, dont l'éolienne et le système REE No 5 Mai2005 D 0 s s i e r L'ÉNERGIE ÉOLIENNE f (Hz) t1) + Af 11e- Ai1 d'_mm, f, -- i i - - - - - - - - - - - - - - 1 - - - - - - - - - - - - - ,' ,' ,' P [. - AP p. P + AP p p on ", (W) Figure 14. Statisinefréqtteiice-ptiissance. y Rf-n Ré,rau puissant BB2 2 (l kN BB1 BR3 zi Z2 Y3 gl 3 ( a, ; x Z1/ZZ IZ3 tP" tl' " tP" 'l, g,4 ('111ge, 1gv6 (i2 CiS3 ÇiSI CsS CiS3 (Il,aee'l ('hai'm Q4 Q5 Q6 -- -- Chan : l'lChal'c2 Chal'gt'3Q Q5 () 6 CSI <.S2 S3 - -- -- t t t < ")'at gd ( " ha) ge2Ott , Pl P2 P3 01 02 Q3 O1 Q= Q: ? Figtire 15. Portioti de réseait 20 kV iiitégraiit tine ferme de 3 éolieiiiies. wi j " t. :,'A''. t " J '< " !)'.''. " " ,; \t. "-.''.. ! !, " .''.. " -". loi II- i . " J, : : : : : if " i " \ : : : : : : : :,,1, 1f' : 'fi' : ;"h;. : . J : :"";. : :.: \ : 1 n ift 11 r !',,, W e; " J "'0 " :.' ".J " :. " i. :'f'1 · lutl ; ··n t ........ :...... " i : " SO V YVJ `U(1/ s o :'0 ! 00 [50 : 200 250 : ;00. ; : ; 0,100 < ! 50'\ ( ,0,... - 100 I ?0 =010 2; 0 :00 -. . ;ï0 160..._100. jC Temps js Figure 16. Evolutions de vitesse de vent appliguées aux différenteséoliennes. ''t--M. ! -.<.t.-'-t.<.t.f.tNT- --t.tO.V-.-h----f------- "------ - " ;. - " _'_____-- "--- : U' !:.\ î : -p - ' i' "" ,':. :. ; 1 :r 1 1:, : : ; ; : P'. ... Il'fi Il''1.. ".. :....., . :. : 1. : 1Il' " ". "' " W! 4 " 00 ::., : : c IJ : 1 1 ;, : :: : : : p, 900 · : ,--, : :: : ; ; 111 " 1 : 1; ::: : : ; ;.. e.. "'-. Il Il'' "..,' :. - ; :: : : : .. I,t:. : : :: ;. : : s -00 100 ) oo U v 0 ' ! n -'o ! nn n n n nn o jnn jn Temps [s] Figure 17. Puissance active générée par chaque génératrice éolienne. r li 0. G00 -.wç _ al Î i j 900 ·t 600 600 ""--- " " "'- "' :', "'1 -< I '''\ 00 i ; . 100 0 -------........................... 1 i - 200, i it i i·t i - 400'j \ i 1. - 600 ! P- = I p - : 00 i - i ; \ i p 1000 o 100 100 00 210',00 0 400 lo Temps [s] Figure 18. Puissance active générée par chaque système éolieiî-stockageet pcrissance reçue ou fotiriiie par le réseau. 1.'UUU ! ----------------------------.------------------------------------------------ ! --------. - ...-. /,- "'' "' "'' " " " V i i Li t t 7 = ------- i W/ y iy' I li O = -'000-/ 4500 J < "' - -- <-t - t.-' "-_ \/ 300....... - 4000- >,J 0 50 lo lo 100 n5o'100 -,'0 400 o 500 Temps fsj Figure 19. Vitesse des trois volants d'inertie. de stockage ont chacun une puissance nominale de 600 kW, sont connectés au réseau puissant entre 0 et 150 s. A partir de 150 s, ces systèmes fonctionnent en isolé, suite à la déconnexion du réseau, en alimentant des charges variant entre [400 kvar ; 100 kvar] et [1200 kvar ; 300 kvar]. La figure 17 montre la puissance active géné- rée par chaque génératrice éolienne à pales orientables, tandis que la figure 18 montre la puissance active géné- rée par chaque système éolien-stockage, qui est évidem- ment lissée grâce au stockage, et la puissance reçue ou fournie par le réseau. La figure 19 montre les vitesses des trois volants d'inertie qui sont maintenues entre 3000 et 6000 tr/min. Ces résultats de simulation montrent qu'une ferme éolienne pourrait fonctionner en mode intercon- necté avec un réseau puissant et en mode isolé, en assu- rant en douceur le basculement brutal du premier mode REE No 5 Mai 2005 Apport du stockage de 1 1 energie a 'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques.... au deuxième mode, c'est-à-dire un îlotage, grâce à l'ajout d'un système de stockage, à l'intégration d'un statisme fréquence-puissance et à une stratégie de supervision adaptée. 4. Discussion et conclusion Les besoins de stockage sont évidemment fonction du service à fournir au réseau. Si ce service se limite à un lis- sage de la puissance générée, une puissance de stockage d'environ 30% de la puissance nominale de l'éolienne est suffisante. Afin de participer aux services du système élec- trique et de permettre l'îlotage, la puissance de stockage devrait idéalement être similaire à la puissance nominale de l'éolienne. On peut cependant pressentir que dans le cas d'une ferme éolienne, le foisonnement des puissances générées, induit par le caractère irrégulier de la vitesse du vent, devrait permettre de réduire la puissance totale du stockage à court terme intégré à la ferme. Dans les cas d'étude présentés dans cet article, la durée du stockage considéré est de quelques minutes. Dans [6], il est montré que l'association de 300 kW de stockage inertiel avec une capacité d'au moins 10 minutes à une éolienne de 1 MW, connectée à un réseau rural avec une puissance de court-circuit relativement faible de 10 MVA au point de connexion, permet d'augmenter de 10 % l'éner- gie pouvant être injectée dans le réseau grâce à l'améliora- tion de la qualité de la puissance générée. Les auteurs de [6] précisent que le stockage inertiel est la solution la plus éco- nomique dans ce type d'application, et qu'il devrait per- mettre une augmentation de revenu de 14 000 &Euro; par an. L'importance de la stratégie de supervision a été illustrée dans cet article. La supervision est bien sûr fonction du service souhaité, et l'optimisation de celle-ci doit permettre de réduire les besoins de stockage. La logique floue apparaît comme un outil intéressant pour développer le superviseur à partir d'études théoriques et expérimentales tout en inté- grant l'expertise humaine, même si la simplification de celui- ci en vue d'une implantation temps réel est souhaitable. Les stratégies de supervision, relativement simples à ce stade, présentées dans cet article peuvent être appliquées en consi- dérant d'autres formes de stockage que le stockage inertiel. Le service rendu par l'ajout de stockage à des éoliennes peut être l'amélioration de la qualité de la puis- sance par lissage de celle-ci, le réglage de la tension et de la fréquence et la possibilité de fonctionner en îlotage. Il est certain que pour permettre un fonctionnement en îloté sur de longues durées, et ce, quelle que soit la vitesse du vent, il faut associer aux éoliennes du stockage à long terme, à défaut d'autres sources conventionnelles ne dépendant pas ou peu des conditions climatiques. La com- binaison de différentes technologies de stockage, à long et court terme, pourrait être une solution intéressante en vue d'apporter plusieurs services au réseau [26]. Si le stockage à long terme reste encore très coûteux, dans le cas d'une connexion au réseau, il peut être particulièrement valorisé en stockant l'électricité produite par les éoliennes durant 04 S M B' 0.9 0.6=.1j Oa : i 0. 2'1 es ' s V v mj-*- Y A 30W 55M 30GÛ 350C 40004600 5QOO " " 55GC 6000 30fü 350.7 40'0 45CA 5000 00 Vitesse duvolant d'inertie (m-s'') -1 1 1 - -1 " " a 0 tle Ili- 'g I :' Ol) u 0.61 r_ c m 04r e.' L > ( z o 0.5 1 15 2 2,5 3 Puissance tiltréegénérée parl'éolienne (W) Figtire 20. Foiictioiis d'aplartenance des variables d'etitrée. P ". filtrée Petite Moyenne Grande Preg (S) (M) (B) Vitesse Petite (S) VS SM BM du Moyenne (M) S M B volant Grande (B) SM BM VB Tableau 1. Tcibled'inférence. S SM BM VB 1 Q) U 9Ga. . : Q) 06. (C o a %Z 04- m G « m " CI 'a) D 0 2- Qi L à L j 0 o51 152 2 5 Puissancede réglage (W) Figitre 21. Foiictioii d'apparteiiance de la variable de sortie. les heures creuses (où l'électricité est la moins chère) et en restituant l'électricité durant les heures de pointe (lorsqu'elle est la plus chère) [6]. La valorisation financière des services rendus au réseau par le gestionnaire de celui-ci, et le développement à grande échelle des technologies de stockage devraient permettre à l'avenir de rendre le stoc- kage de l'électricité économiquement compétitif. Appendice : superviseur à logique floue Fuzzyfication. La fonction d'appartenance de la variable d'entrée est représentée à la figure 20. Trois états flous sont considérés : petite (S), moyenne (M) et grande (B). Inférence. Les règles floues sont déterminées à partir du tableau 1. Sept états flous sont considérés pour la variable de sortie : très petit (VS), petit (S), petit moyen REE N 5 Mai2005 M Dosseï L'ENERGIE ÉOLIENNE (SM), moyen (M), grand moyen (BM), grand (B) et très c c grand (VB). Dfii,7--,,fl (-cition. La fonction d'appartenance de la variable de sortie est représentée à la figure 21. Remerciements L'étarde stii- le cottl) lage éolieii-diesel ci été réalisée grâce à iiiijïîiciiic-eiiieiit de Iti Régioii Nord-Pa. de Cciltlis. Le baiic, (l'essais a''e ete.fiiitiiic'lar Forcliiiii Ingéiii*eri'e, Ir2r2ovelect, HEI, et dans le cadre du Centre Ncttiortal de Recherche Techiiologiqlie (CNRT) Ftititi-elec- lai- la Région et la DRRT Nord-Pas de Calais, et par le FEDER. Les études sur la participation aux services systèrne d'une ferme éolienve ont été financées par la Région Nord-Pas de Calais,-I-a--Fon-d (itioiz Noi--bei-t-Ség-arcl-et HEI. Références (Il M. CRAPPE, " Commande et régulation des réseaux élec- triques, Hermès Science ", Paris 2003. [2] N. JENKINS, R. ALLAN, P. CROSSLEY, D. KIRSCHEN, G. STRBAC, " Embedded generation, The Institution of Electrical Engineers " (1 E E), London, 2000. [3] Arrêtés du 17 mars 2003 et du 22 avril 2003 « Prescrrptions techniques de conception et de fonctionnement pour le raccordement à un réseau public de distribution d'une ins- tallation de production d'énergie électrique », Ministère de l'économie, des finances et de l'industrie. [4] L. LECLERCQ, A. DAVIGNY, A. ANSEL, B. ROBYNS, " Grid connected or islanded operation of variable speed wind generators assoclated with flywheel energy storage sys- tems ", Proceedings of the lltl International Povver Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2004, Riga, 2-4 septembre 2004. [5] A. DAVIGNY, L. LECLERCO, A. ANSEL, B. ROBYNS, " Wind and storage system based dispersed generation cor/bu- tlon to power grid ancillary services and network reliability ", Proceedings of the 2th International Conference on Securing Critical Infrastructures, CRIS 2004, Grenoble, 25- 27 octobre 2004. [6] J.P. BARTON, D.G. INFIELD, " Energy storage and its use with intermitent renewable energy ", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 19, n'2, juin 2004, pp.441-448 [7] A. MAROUET, C. LEVILLAIN, A. DAVRIU, S. LAURENT, P. JAUD, " Stockage d'électricité dans les systèmes élec- triques ", Techniques de l'Ingénieur, Traité de Génie Electrique, mai 1998, D 4 030. [81 Accumuateur 40 MW pendant 7 minutes, REE, nOlO, novembre 2003, pp 8. [91 www.beaconpower.com [10] R. HEBNER, J. BENO, A. WALLS, " Flywheel batteries comme aroud again ", IEEE Spectrum, avril 2002, pp.46-51. [11] L. LECLERCQ, B. ROBYNS, J.M. GRAVE, " Control based on fuzzy logic of a flywheel energy storage system asso- ciated with wind and diesel generators ", Mathematics and Computers ln Si-nu ation, 63, 2003, pp.271-280. [12] L. LECLERCO, C. SAUDEMONT, B. ROBYNS, G. CIMUCA, M. RADULESCU, " Flywheel energy siorage system to improve the integration of wind generators into a gnd ", Electromotion, vo. 10, n'4, 2003, pp641-646. (131 Energy storage. "A key technology for decentralized power, power quality and clean transport, European Communities ", 2001, SBN 92-894-1561-4, [14] S. SERPU, Y. BÉSANGER, N. HADJSAID, " Performance control for beter power systems security in a re-regulated enwonment a survey ", Proceedings of the 2th International Conference on Securing Critical Infrastructures, CR S 2004, Grenoble, 25 - 27 octobre 2004. [15] www.piller.com [15] [16] [171 [16] M.R. PATEL, " Wind and solarpower systems ", CRC Press, 1999, [171 F. MARMIN, J. M. GRAVE, " Etude de faisabilité d'un stabili- sateur cinéttque de réseau pour génératrice éolienne ", Actes d'Innovelect'99, Mons, 16 décembre 1999, pp. 41-46. [18] L. LECLERCO, B. ROBYNS, J.M. GRAVE, " Fuzzy logic based control of a flywheel energy storage system based on an induction machine associated with wind and diesel generators ", Proceedings of the 10th International Power Electronlcs and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2002, Dubrovnik, 9-11 septembre 2002 (CD Rom) (191 L. LECLERCO, A. ANSEL, B. ROBYNS, " Autonomous high power variable speed wind generator system ", Proceedings of EPE 2003, Toulouse, 2 - 4 septembre 2003. [20] C. SAUDEMONT, L. LECLERCO, B. ROBYNS, G. CIMUCA, M. RADULESCU, " Développement d'un émulateur temps réel d'un système de génération éolienne associé à un stoc- kage d'énergie ", REE, n'l 1, décembre 2004, pp. 49-59. [211 G. CMUCA, M. FADULESCU, C. SAUDEMONT, B. ROBYNS, " Performance Analysis of an Induction Machine-Based Flywheel Energy Storage System Assocrated to a Variable- Speed Wind Generator ", Proceedings of the 9th International Conference on Optimization of Electric and Electronic Equipment, OPTIM'04, Brasov, Roumanie, 20-23 mai 2004, [221 G. CIMUCA, M. RADULESCU, C. SAUDEMONT, B. ROBYNS, " Losses and Efficiency of a Flyvvheel Energy Storage System with Permanent-Magnet Synchronous Machme Associated to a Uariable-Speed Wind Generator ", Proceedings of the ] 6th International Conference on Electrical Machines, ICEM 2004, Cracovie, 6-8 septembre 2004 (CD Rom) [231 A. ENGLER, " Applicability of droops in low voltage grids ", International Journal of Distibuted Energy Resources, Vol, 1, n'l, pp. 3-15, Janvier- Mars 2005. [241 U. BORUP, F. BLAABJERG, P N ENJETI, "shanng of Nonlinear Load in Parallel-Connected Three-Phase Convet-ters ", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 37, n'6, pp. 1817-1823, novembre/décembre 2001 [25] E. A. A. COELHO, P. C. CORTIZO, P. F. D. GARCIA, "ma//- Signal Stability for Parallel-Connected Inverters in Stand AloieAC Supply Systems ", IEEE Transactions on Industrial App ications, Vol. 38, n'2, pp, 533-542, mars/avril 2002. [26] B. FRANÇOIS, D. HISSEL, T IOBAL, " Dynamic modelling of a fuel cell and wind turbme dc-/mked power system ", 8th International Conference on Modeling and Simulation of Electnc Machines, Converters and Systems, ELECTRI- MACS 2005, 17-20 Avril, 2005, Hammamet, Tunisie. REE No 5 Mai 2005 Apport du stockage de '/., énergie à intégration des éoliennes dans les réseaux électriques.... les auteurs Benoît Robyns est diplômé "Ingénieur Civll Electricien et " Docteur en Sciences appliquées " l'Université Catholiquede Louvain (UCL), Belgique,respectivement en 1987 et 1993. En 2000, il reçoit le diplôme d' "Habilitation à Diriger des Recherches " de l'Université des Sciences et Technologiesde Lille (USTLI, Il est responsable du Département Génie Électrique de l'École des Hautes Études d'Ingénieur(HE !) de Lille. II est aussiresponsablede l'équipe Réseaux Électriques et Systèmes Énergétiques (RESE) du Laboratoire d'Électrotechnique et d'Électronique de Puissance(L2EP)de Lille. Aymeric Ansel est né à Amiens, France,en 1974. Il estdiplômé Ingénieur de l'École Supérieured'Ingénieurs en Électrotechnique et Électronique d'Amiens (ESIEE-Amlens) en 1997 En 2001, il reçoitlegrade de " Docteur en Génie Électrque" de l'Université d'Artois, Arras,France.Depuis Septembre 2001, Aymeric Ansel est enseignant-chercheur à l'École des Hautes Études d'Ingénieur(HEI) de Lille, France, et Chercheur au sein du Laboratore d'Électrotechnique et d'Éectronique de Puissance L2EP de Lille. Ses domaines d'intérêt sont la conception et la modélisationdes machines électriques ainsique, depuis 2001, lesénergiesrenouvelables et laproductiondécentralisée d'élec- tricité Il est membre de la"Sociétéfrancaise des Électrlciens et des Electroniciens " (SEE). Arnaud Davigny est né à Lens, France,en 1972. Il obtienten 1998 le « Diplôme d'Études Approfondies de génie électrique » de l'Université des Sciences et Technologies de Lille (USTLI, France.II intègre le département Génie Électrique de l'École des Hautes Études d'Ingénieur (HE !) de Lille, en 2001. Depuis sep- tembre 2003, il estdoctorantau sein de l'équipe RESE (Réseaux Électriques et Systèmes Energétiques) du Laboratoire d'Électro- technique et d'Électron que de Puissance (L2EP) de Lille. Son travail de thèse concerne laparticipation aux services systèmes de fermes d'éoliennes à vitessevariable associantdu stockage inertiel d'énergie et se déroule sous ladirection du Professeur S Robyns. Il est membre de la"Sociétédes Électriciens et des Electroniciens " (SEE) et de la "Société Française d'Energie Nucléaire" (SFEN). Christophe Saudemont est né en 1971. Ilest diplômé du Doctorat de Génie Électrique de l'Université des Sciences et Technologies de Li ! ! e (USTL) en 1999. Ilest Chercheur au Laboratoire d'É ! ectrotechnique et d'Électronique de Puissance (L2EP)de Lille, au seinde l'équipe RESE (Réseaux Électriques et Systèmes Énergétiques). Ses travauxportentsur les énergies renouvelables, la production décentralisée d'électricité, et la connexion de ces sources au réseauélectrique Il estmembre de la Société française des Electriciens etdes Electroniciens " (SEE). Gabriel Cimuca est né le 22 décembre 1977 à Ocna-Mures, Roumanie. Il a reçu le Diplômed'EtudesApprofondiesen Génie électrique, d'Université Technique de Cluj-Napoca, Roumanie, en 2002. Depuis 2002, il est doctorant en cotutelle entre'Université Technique de Cluj-Napoca, Roumanie, et leLaboratoire d'Électro- techniqueet Électronique de Puissance L2EP) de Lille, France Son travail de thèse est orientésur un système inertiel de stoc- kage d'énergieassociéà des générateurséolienset se déroule sous la co-directiondes Professeurs M.M Radulescu et B, Robyns. Mircea M. Radulescu estné le4 septembre 1954 à Cluj-Napoca, Roumanie, Il a reçu le Diplôme d'Ingénieur Diplômé with honors d'Université Technique de Cluj-Napoca, Roumanie, et leDiplôme de Docteur d'Université Polytechniquede Tmisoara, Roumanie, toutslesdeux en Génie électrique. en 1978, respectivementen 1983. Depuis 1983, Iltravaille à la Faculté d'Eiectrotechnique, Université Technique de Cluj-Napoca,Roumanie, étant,à pré- sent,Professeurdans le Département de Machines électriques et lechef du Groupe de Petitsmoteurs électriques et Traction électrique, Ses activités d'enseignement et recherche incluent CAO des dispositifs électromécaniques,analysede champ des structures électromagnétiques, conceptionetcontrôle des petits moteurs électriques. conception, contrôleet CEM dans les systèmes de traction électrique Jean-Michel Grave estdiplômé de l'École supérieure d'électrici- té en 1976. Entre 1982 et 1989, il est Directeur Technique du Département Énergie de SAFT. Entre 1995 et 2000, ilest DirecteurTechnique EntrepriseNorelec. Depuis 2000, Ilest Directeurde Forclum Ingénierie, filiale spécialisée dans les Grands projets de Forclum,groupe d'Installations Electriques et Electromécaniques :Centralesde Production d'énergie. Centrales éoliennes, Aéroport de Bâle Mulhouse,Viaducde Millau, Tunnel ferroviaire du Perthus et LGV PerpignanFigueiras. REE NQS Mai 2005 Résumés RÉSUMÉS ABSTRACTS Dossier : L'énergie éolienne ! f' Par B. Paluch REE, ISSN 1265-6534, n'5, mai 2005, p. 35 Mots clés : Énergie éolienne, ressource, aérodynamique, développement durable, Parmi l'ensemble des énergies renouvelables, l'énergie éolienne connaît la progression la plus forte. La CEE,et plus particulièrement l'Allemagne, sont en tête du peloton mondial. De nombreux pays envisagent maintenant l'exploitation des ressources off shore afin d'éviter une saturation des sites terrestres. Les machines à axe horizontal et rotor tripales dominent très large- ment le marché. La tendance est aux machines multimégawatts avec des rotors dépassant 80 m de diamètre. L'énergie éolienne bénéficie de technologies arrivées à maturité, car de moins en moins coûteuses et facilement exploitables. Cependant de nom- breux défis technologiques restent encore à relever. Dans certains pays, l'obligation de rachat du kilowatt heure éolien à des tarifs incitatifs a permis l'émergence d'un secteur industriel à part entière, générateur d'emplois et exportateur. Dans le cadre d'un développement durable, la pérennité de cette filière a des retom- bées directes sur les économies locales. Feature : Wind Energy B/B. Pa/uc REE, ISSN1265-6534,n'5, May 2005,p. 35 Keywords : Wind Energy, Resource, Rotor, Aerodynamics, Sustainable Development. Among all the renewable energies, wind energy knows the stron- gest progression. The EEC, and more particularly Germany, are at the world top position. Many countries now consider offshore as an alternative to land sites saturation. The three-bladed horizontal axis wind turbines largely dominate the market. The tendency lies now in the multimegawatts wind turbines exceeding 80 m in diameter. Wind energy takes benefits from matu- re technologies, since there are less and less expensive and easily exploitable. However many technological challenges still remain to raise. ln some countries, the obligation to buy the electricity produced by wind energy at attractive rates allowed the growth of a wind indus- trial sector, exporting technologies and generating employment. Within the framework of sustainable development, the resource durability has direct repercussions on the local economies. ! Par X Roboam REE. ISSN 1265-6534, no 5, mai 2005,p. 51 Mots clés : Petit éolien, marché, architecture système, gestion d'énergie, raccordement réseau. Cet article présente le contexte et les enjeux du « petit éolien », situant l'offre, la demande et les principaux secteurs d'application. On fait ensuite état des principaux aspects techniques en terme d'architectures système et de gestion d'énergie (structure, raccor- dement BT,...). Small Wind Power Systems : Market, Applîcatîons, Archîtectures and Energy Management " By X Roboam REE, ISSN1265-6534,n'5, May 2005,p. 51 Keywords : Small Wind Generation, Market, System Architecture, Energy Management, Grid Connection. Context and stakes of small wind power systems are described in this paper by situating both supply and demand as well as the main application fields. Technical issues are then concerned in terms of system structure, energy management and network connection. Overview of the Solutions for the Grid Integration of Wind Farms Par E Gautier ; P Bousseau, R. Belhomme, S. Nguefeu REE, ISSN1265-6534, n'5, mai 2005,p. 59 Mots clés : Fermes éoliennes, intégration dans les réseaux, capacités d'accueil, qualité de tension, tenue aux perturbations, services système. Cet article présente différentes solutions techniques pour résoudre les principaux problèmes concernant l'intégration de fermes éoliennes dans les réseaux électriques. Ces solutions peuvent être de plusieurs types : choix de la technologie d'éolienne la plus adaptée, coordination entre l'exploitation des fermes éoliennes et du réseau, compensation du réactif et contrôle de la tension, insertion de systèmes pour le passage des creux de tension, stoc- kage d'énergie, équipements de limitation de courant, protections directionnelles. By E. Gautier, P Bousseau, R. Belhomme, S. Nguefeu REE, ISSN 1265-6534, n'5,May 2005,p. 59 Keywords : Wind Farms, Grid Integration, Grid Capacity, Power Quality, "Disturbance " Ride through Capability, Ancillary Services In the paper, a survey of different possible technical solutions for grid integration of wind farms is presented. These solutions concern the main problems encountered today. Examples of actual implementation in wind farm projects are given. More specifically the following types of solutions are considered : . Choice of an appropriate Wind Turbine Generator technology, . Solutions based on coordinated wind farms and power system operation, . Reactive compensation and voltage control systems, . Fault Ride Through solutions, REE No 5 Mai2005 Résumés RÉSUMÉS ABSTRACTS Energy storage systems, Current limitation devices, Directional protections. Ifi Par 6. François, B. Robyns, E. de Jaeger, E Minne REE, ISSN 1265-6534, n'5, mai 2005,p 65 Mots clés : Éoliennes, Réseaux électriques, machine asynchrone à double alimentation, machine synchrone. La conversion d'énergie éolienne en énergie électrique peut être réalisée par divers types de machines. A l'origine, c'était la génératrice asynchrone classique, sans convertisseur électronique de puissance associé, qui était la plus largement répandue. Cependant, l'évolution technologique des convertisseurs a progressivement permis de se tourner vers des dispositifs plus complexes, réalisant, par exemple, une maximisation de la puissance convertie en fonction de la vitesse du vent, ce que n'autorise pas la machine asynchrone à vitesse fixe. Dans cet article, différentes structures d'éoliennes à vitesse variable sont brièvement présentées et l'une d'entre elles, utilisant une machi- ne asynchrone à double a) imentation (MADA), est étudiée plus en détail. Son principe de fonctionnement et ses caractéristiques essen- tielles sont décrits et illustrés à l'aide d'enregistrements et relevés expérimentaux de longue durée (plusieurs heures) réalisés sur une machine de 1,5 MW. Les différentes zones de fonctionnement - com- binaisons de vitesse du vent, vitesse de rotation de la machine et puissance électrique produite - sont clairement mises en évidence ainsi que les principales caractéristiques de réglage. Un modèle mathématique est ensuite proposé, intégrant les divers dispositifs de commande de la génératrice dans ses quatre zones de fonctionne- ment. Il s'agit d'un modèle continu équivalent, reposant sur la modé- lisation de la machine dans un référentiel de Park. Les paramètres du modèle sont dérivés des caractéristiques générales du système et des résultats des mesures sur l'éolienne réelle. On montre enfin l'intérêt d'un tel modèle, dans le contexte particulier de l'évaluation des inter- actions entre l'éolienne et le réseau de distribution MT auquel elle est raccordée (par exemple, les variations du plan de tension ou l'influence sur les mécanismes de protection). By B. Francois, B. Robyns, E. de Jaeger, F Minne REE,ISSN 1265-6534, n'5,May 2005,p. 65 Keywords : Wind Generators, Distribution Network, Doubly Fed Induction Generator, Synchronous Machine. Wind energy conversion systems can be carried out by various types of electrical machines. First the most largely widespread tech- nology was based on a traditional asynchronous generator, without associated power electronic converter. However, the technological development of power electronic converters gradually made it pos- sible to turn to more complex devices, performing, for example, a maximization of the converted power according to the speed of the wind, which does not authorize the first simple conversion system. In this article, various variable speed wind generator structures are briefly presented and one of them, called Doubly Fed Induction Machine (DFIG), is detailed. Its operation principle and its essential characteristics are described and illustrated using recordings and experimental statements of long duration (several hoursl carried out on a 1.5 MW machine. The different operating régions (combi- nations of the wind speed, machine speed and electrical power generation) are clearly highlighted as weil as the principal static cha- racteristics. A mathematical model is then proposed, integrating the various control devices of the generator in its four operation zones. It is an equivalent continuous model, which is based on the model- ling of the machine in a Park frame. The parameters of the model are derived from the general characteristics of the system and the measurements on the real wind generator. One shows finally the interest of such a mode l, in the particular context of the evaluation of the interactions between the wind generator and the distribution network to which it is connected (for example, variations of voltage or influence onto protections). Apport du stockage de r énergie à l'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques. Contrîbutîon aux services systeme Par 6. Robyns, A. Ansel, A. Davigny, C. Saudemont, G. Cimuca, M. Radulescu, J.M. Grave REE, ISSN 1265-6534, n'5, mai 2005, p 75 Mots clés : Éoliennes, stockage de l'énergie électrique, réseaux électriques, services système. Le problème majeur suscité par l'intégration en grand nombre d'éoliennes dans les réseaux est dû à leur source primaire difficile- ment prévisible et très fluctuante, qui pénalise leur participation aux services de gestion d'un réseau électrique (réglage de la tension et de la fréquence, black start, fonctionnement en îloté...). L'augmentation du taux de pénétration des éoliennes sera donc conditionnée par leur participation à ces différents services, ce qui nécessitera de leur associer des systèmes de stockage de l'énergie électrique. Dans cet article, après une brève synthèse des techniques de stockage By 8. Robyns, A. Ansel, A. Davigny, C. Saudemont, G. Cimuca, M. Radulescu, J M Grave REE, ISSN1265-6534,n'5, May 2005,p. 75 Keywords : Wind Generators, Energy Storage, Electrical Networks, Ancillary Services. The main problem induced by the intégration of numerous wind generators in electrical networks is due to a primary source fore- seeable with difficulty and very changeable, which refrains their participation to the ancillary services (voltage and frequency control, black start, working in islanding mode,...). The penetration level increasing of wind generators will then depend on their parti- cipation to the ancillary services, which will need the association of electrical storage systems. In this paper, after a brief synthesis on the energy storage system REE ? 5 Mai2005 01 Résumés RÉSUMÉS ABSTRACTS de l'énergie adaptées aux réseaux électriques, trois exemples d'étude montrant l'intérêt d'associer du stockage inertiel à des éoliennes sont présentés. Il s'agit d'un couplage éolien-diesel, d'un émulateur temps réel d'une éolienne à vitesse variable associé à du stockage inertiel, et de la participation aux services système d'une petite ferme d'éo- liennes à vitesse variable intégrant du stockage. Différents apports du stockage sont illustrés par des simulations numériques ou des essais expérimentaux : le lissage de puissance, le réglage de la fréquence et de la tension et l'îlotage. adapted to electrical networks, three examples showing the interest to associate flywheel energy storage system with wind generators are developed : an association wind-diesel generators, a real time emulator of a variable speed wind generator associated with a ftyw- heel energy storage system and the participation to the anciliary services of a small farm including variable speed wind generators associated with storage systems. Different contributions of the sto- rage are shown with the help of numerical simulations and experi- mental results : power smoothing, frequency and voltage control and the islanding. Repères : Systèmes complexes Features : Complex Systems Par M. Rouff RFE, ISSN 1265-6534, n'5, mai 2005,p. 89 Mots clés : Systèmes complexes, approche globale de la machine, modélisation globale des dispositifs technologiques et physiques, invariants des systèmes, contrôle et traitement du signal sur ces invariants. La complexité croissante des systèmes industriels pose un problè- me fondamental aux ingénieurs. Comment gérer des millions de processus en interactions. Nous présentons dans cet article une approche capable de résoudre ce type de problèmes et ouvrant des perspectives intéressantes au point de vue de la conduite du projet, de son contrôle, de son automatisation, de son observation (capteurs et traitement du signal), et également, ce qui n'est pas classique, de sa conception, avecdes critères et des méthodes entièrement nouvelles. B/M. Rouff FE, ISSN 1265-6534, no 5, May 2005,p. 89 Keywords : Complex Systems, Global Approach of Machines, Global Modelling of Technological & Physical Devices, Systems Invariants, Control & Signal Processing Through These Invariants. The growing complexity of industrial systems appears to engineers as a very fundamental problem. How to control millions of interac- tion processes. We show in this article an approach able to solve this type of problem opening new interesting points of view for pro- ject management, control, automatisation, observation (sensors and signal processingt, and aiso, which is not typical, for designing these new devices, with entirely new methods and criteria. REE N 5 Mai2005