05-Session4_01-SIEMENS-HVDC_techno_VSC_projet_INELFE_(draft).pdf

22/10/2012
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:2991:3002
DOI : You do not have permission to access embedded form.

Résumé

05-Session4_01-SIEMENS-HVDC_techno_VSC_projet_INELFE_(draft).pdf

Métriques

26
8
1.68 Mo
 application/pdf
bitcache://58b34682c3d9e9816ac72f637f53854fe8a01e59

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)

Sponsors

<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/2991/3002</identifier><creators><creator><creatorName>Antoine Larger</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>05-Session4_01-SIEMENS-HVDC_techno_VSC_projet_INELFE_(draft).pdf</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2012</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Fri 16 Nov 2012</date>
	    <date dateType="Updated">Mon 25 Jul 2016</date>
            <date dateType="Submitted">Sat 17 Feb 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">58b34682c3d9e9816ac72f637f53854fe8a01e59</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>28665</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

Optimisation de l’architecture et des flux énergétiques de centrales à Energies Renouvelables offshore et onshore équipées de liaisons en continuéquipées de liaisons en continu SEE HVDC 2012, 23 & 24 Octobre 2012 Pascal MONJEAN Benoît ROBYNS L2EP-HEI Directives européennes : 21 % EnR en 2020 Eolien offshore le plus à même pour remplir ces conditions : vent fort et régulier en mer, pollution du paysage amoindrie et marché industriel existant Autres énergies : hydrolien, solaire… Création de grandes fermes isolées du réseau, à des distances importantes (> 50 km) permettant de repenser les structures de connexions Connexions de fermes AC ou DC ? Connexions séries ou parallèles ? Convertisseurs ? Contexte Convertisseurs ? Thèse CIFRE avec General Electric et L2EP Objectifs globaux de la thèse : – Etude d’architectures de réseaux continus pour fermes énergies renouvelables (éolien offshore, hydrolien, solaire, …) – Gérer les flux de puissances internes à la ferme – Gérer la connexion au réseau terrestre | 2 Contexte : tendances éolien offshore Tendances : 5 GW en 2012 40 GW d’ici 2020 (Allemagne, UK, Chine, USA, France, …) – Projet de 5 fermes au large de la France : 3 GW d’ici 2017 Super réseaux : association de plusieurs fermes avec lignes hautes tensions – fermes offshores Kriegers Flak > 1 GW | 3 En 2012 : réseau de distribution en AC et câble de transport en HVAC ou HVDC Exemple fermes éoliennes – Robin Rigg / UK / 13 km / 180 MW / HVAC 132 kV / distribution 33 kV AC Contexte : tendances éolien offshore – Borwin 1 / Allemagne / 200 km / 400 MW / HVDC ±150 kV / distribution 33 kV AC Choix du DC/AC pour la HV ? Choix du DC/AC pour la distribution ? | 4 Problématiques Problématiques pour la connexion d’une ferme renouvelable offshore : Topologies de connexions pour ferme à énergie renouvelable ? Critères de comparaisons et choix ? Technologies DC ? Défauts en DC ? Gestion énergétique de la ferme ? Respect du grid code ? | 5 Comparaison d’architectures Cas d’étude : ferme éolienne offshore Modélisation d’une ferme avec structure DC Convertisseurs DC-DC Plan | 6 Simulations temps réel d’une ferme éolienne offshore Contrôle global et connexion au réseau Synergies avec le solaire Conclusions et Perspectives | 6 Intérêts des liaisons HVDC vs HVAC : Contrôle de P et Q sur le réseau AC Pertes HVDC < pertes HVAC (distance élevée) Transmission de puissance limitée en AC due au courant réactif Etudes technico-économiques : la distance où une liaison HVDC est plus DC 400 kV Intérêts du courant continu Etudes technico-économiques : la distance où une liaison HVDC est plus intéressante qu’une liaison HVAC est d’environ 95 km pour 200 MW Si ligne HV = HVDC, pourquoi ne pas réaliser l’architecture de distribution en DC ? Principales raisons – Economique : ferme éolienne 200 MW = 60 km de câbles de distribution (pertes plus faibles, coûts plus bas, pas de réactif) – Transformateurs Hautes-Fréquences (HF) dans convertisseurs DC-DC : Moins encombrants qu’à 50-60 Hz : 8 MVA 50 Hz vs 500 Hz poids – 70 % & volume - 50 % | 7 Comparaison d’architectures de fermes Différentes architectures comparées : technologie, poids en cuivre des câbles, pertes, disponibilité Définition d’une méthodologie globale pour comparer différentes architectures utilisant la méthode de Monte Carlo (vent aléatoire) Cas d’étude : ferme éolienne 200 MW à 100 km des côtes | 8 Solutions de référence existantes AC + HVAC AC + HVDC 1 2 Comparaison d’architectures de fermes AC + HVAC AC + HVDC Solution DC LVDC | 9 3 / MVDC + HVDC 4 Solutions existantes Critère de comparaison : volume de cuivre pour les câbles 1 2 Comparaison d’architectures de fermes | 10 HVAC 184 kV - AC 33 kV HVDC ±150 kV - DC ±25 kV HVDC ±150 kV - AC 33 kV 3 1 2 3 Solutions existantes Critère de comparaison : pertes pour les composants et les câbles 1 2 Comparaison d’architectures de fermes | 11 HVAC 184 kV - AC 33 kV HVDC ±150 kV - DC ±25 kV HVDC ±150 kV - AC 33 kV Rendement amélioré en DC de 1,6 % / solution AC 33 kV & HVDC 3 1 2 4 Critère de comparaison : disponibilité de l’énergie Comparaison d’architectures de fermes | 12 HVDC ±150 kV - DC ±25 kV 3 4 HVDC ±150 kV – DC série Comparaison solution entièrement DC vs entièrement AC : Réactif important dans les câbles AC si distance > 100 km Pertes équivalentes entre les deux topologies : 6,5 % Possibilités de contrôles plus importantes avec les convertisseurs de la topologie DC (services réseaux, …) Choix de modéliser plus finement la solution DC ± 25 kV / ± 150 kV Comparaison d’architectures de fermes | 13 Comparaison d’architectures Cas d’étude : ferme éolienne offshore Modélisation d’une ferme avec structure DC Convertisseurs DC-DC Plan | 14 Simulations temps réel d’une ferme éolienne offshore Contrôle global et connexion au réseau Synergies avec le solaire Conclusions et Perspectives | 14 Commandes possibles pour la ferme éolienne MVDC UDC_éolienne Contrôle Onduleur_éolienne P_MPPT | 15 UAC U_HVDC UDC_distribution Contrôle DC_DC_éolien Contrôle DC_DC_principal Contrôle Onduleur_réseau Q_reseau Cœur technologique : DC-DC Etudes sur le convertisseur DC-DC Comparaison technologique de topologies (résonnant, Full-Bridge, Dual Active Bridge) Choix du DC-DC Full-Bridge car le mieux adapté pour le cas d’étude : uni-directionnel, commande simple, facteur de puissance proche de 1 | 16 Cœur technologique : DC-DC Comparaison avec ou sans contrôle de tension DC en entrée du convertisseur Dimensionnement du transformateur HF différent selon stratégie Avec contrôle : contrôle de la tension DC quelles que soient les variations de puissances dans la ferme | 17 VDC = 56 kV P = 200 MW Sans contrôle de tension, variations de la tension DC selon les impédances des transformateurs et lignes Cœur technologique : DC-DC 1ère ferme hydrolienne à Paimpol à 16 km des côtes Structure DC 1 kV et 10 kV | 18 Comparaison d’architectures Cas d’étude : ferme éolienne offshore Modélisation d’une ferme avec structure DC Convertisseurs DC-DC Plan | 19 Simulations temps réel d’une ferme éolienne offshore Contrôle global et connexion au réseau Synergies avec le solaire Conclusions et Perspectives | 19 Expérimentations Temps-réel Simulations temps réel sous RT-Lab Objectifs et intérêts : – Simuler le fonctionnement de la ferme éolienne offshore – Comparer le comportement d’un convertisseur DC-DC réel 4 kW avec les DC-DC simulés – Valider les stratégies de contrôle commande développées pour la ferme sur Plateforme Energies Reparties commande développées pour la ferme sur le convertisseur réel connecté à la simulation – Réaliser des cas de défauts en temps réel impact en réel Matériel : – Simulateur Temps-Réel RT-Lab de OPAL- RT | 20 Simulateur temps réel Schématique de l’expérimentation temps-réel 1 éolienne : Réalisation physique Source de courant virtuelle Convertisseur DC-DC : modèle complet Plateforme DC-DC : modèle complet 3 éoliennes avec chaîne de conversion : sources de courants virtuelles Expérimentations Temps-réel | 21 35 éoliennes + chaîne de conversion : source courant virtuelle HVDC + onduleur + réseau : modèle moyen Connexion d’un convertisseur réel à la simulation Temps-réel Simulation Power Hardware In the Loop (PHIL) IDC Gain Gain VDC Expérimentations Temps-réel Réel | 22 Source Programmable IDC Simulateur temps réel Simulation Réalisations : Simulation ferme éolienne offshore structure DC 200 MW – Bon fonctionnement global de la ferme – Stratégies avec ou sans contrôle des tensions DC de la ferme testées pour les convertisseurs DC-DC (éolienne, plate-forme) – Simulation de chute de tension sur le réseau AC suivant grid code Expérimentations Temps-réel U/UN 100 % 90 % Défaut réseau AC 50 % durant 1000 ms Conclusions sur les expérimentations PHIL Régulation de tension DC pas forcément obligatoire dépend des paramètres des lignes et transformateurs Stratégies pour répondre au grid code suivies | 23 t (ms) 100 % 90 % 20 % 10 % 0150 500 1500 50 % 1000 Grid code Topologies DC pour fermes solaires | 24 Topologies DC pour fermes solaires Structures DC transposées au solaire | 25 Similarités : Puissance de ferme proche Longueurs de câbles importantes Possibilité d’utiliser des convertisseurs DC-DC pour contrôler le MPPT Différences : Plage de variation de la tension DC MPPT pour les PVs plus élevée Conclusions Conclusions Eolien offshore : – secteur industriel en plein essor dans le monde : projets > 500 MW – Structures DC prometteuses pour ces parcs (pertes, coûts, contrôles) Autres énergies comme l’hydrolien et le solaire en développement – Projets de fermes solaires > 500 MW aux USA – Mise en servie de la ferme hydrolienne Paimpol 4 MW en 2012– Mise en servie de la ferme hydrolienne Paimpol 4 MW en 2012 Convertisseurs DC-DC avec transformateur HF permettent un gain en encombrement et poids Défis futurs : Protections en DC propositions de disjoncteurs DC (statiques, …) Onduleurs multi-niveaux | 26 Merci pour votre attention ! 17/03 | 27 SEE HVDC 2012, 23 & 24 Octobre 2012 Pascal MONJEAN Benoît ROBYNS L2EP-HEI