Les onduleurs de formation de réseau prennent en charge lors Formation de réseau le contrôle actif de la tension et de la fréquence dans le réseau – et assurent ainsi une sécurité d'approvisionnement fiable. Ceci a été assuré pendant des décennies par de grandes centrales électriques. Leurs Générateurs synchrones possèdent des masses rotatives inertelles qui maintiennent une fréquence et une tension du réseau constantes, même en cas de fluctuations soudaines – on parle ici de Réserve de temps ou „ inertie “.
Avec la part croissante des énergies renouvelables, cette situation évolue radicalement : les installations photovoltaïques et éoliennes injectent leur électricité via Électronique de puissance une. Celle-ci est certes très efficace, mais elle apporte pas de masse d'inertie naturelle sur le réseau. Cela signifie que plus on ferme de centrales électriques conventionnelles, moins on dispose de mécanismes de stabilisation classiques. Sans mesures supplémentaires, cela peut entraîner Sécurité de l'approvisionnement et Stabilité du réseau mettre en danger.
La formation de réseau grâce à une technologie innovante d'onduleurs permet désormais aux installations d'énergies renouvelables, en combinaison avec Accumulateurs de grande capacité moi-même constituant un réseau jouent un rôle actif. En d'autres termes : au lieu de se contenter de suivre un signal de réseau existant, ces installations assument activement des tâches qui étaient jusqu'à présent réservées aux générateurs synchrones – elles fournissent la tension et la fréquence, assurent inertie virtuelle et stabilisent ainsi le réseau. Grid Forming devient ainsi un élément central de la transition énergétique.
Comment fonctionne la formation de grille ?
Alors que les onduleurs classiques de type « grid-following » dépendent d'un signal de réseau existant, les onduleurs de type « grid-forming », associés à Systèmes de gestion de l'énergie (EMS) jouent elles-mêmes le rôle de „ régulateurs du réseau “. Elles génèrent activement leur propre référence de tension et de fréquence, assurant ainsi la base d'un fonctionnement stable du réseau, même en l'absence de générateurs rotatifs.
Inertie virtuelle – un logiciel à la place d'une masse d'inertie
Les générateurs synchrones conventionnels stabilisent le réseau électrique grâce à leur inertie physique. Lorsque des charges disparaissent ou s'ajoutent soudainement, la masse en rotation de ces générateurs amortit temporairement les fluctuations de fréquence. Les onduleurs de formation de réseau (Grid-Forming) assument cette tâche en association avec les énergies renouvelables et les systèmes de stockage, et ce, uniquement au niveau logiciel. Ils transfèrent le rôle des générateurs synchrones à l'électronique de puissance moderne et peuvent ainsi fournir ou absorber de l'énergie en quelques millisecondes.
Grâce à leur temps de réponse extrêmement court, ces systèmes se comportent comme des volants d'inertie classiques, bien qu'il n'y ait aucun mouvement physique. Cela est rendu possible par des techniques de régulation telles que la Contrôle de l'affaissement ou le concept de Machine synchrone virtuelle (VSM), qui réagissent à la vitesse de l'éclair aux changements de fréquence. De cette façon, une réserve instantanée est fournie, qui masque efficacement tous les écarts de fréquence. Cela permet même un complète Démarrage autonome par stockage par batterie.
Création de tension – une maîtrise active plutôt qu'un simple suivi
Outre la stabilisation de la fréquence, les onduleurs de formation de réseau assurent également la régulation active de la tension du réseau. Contrairement aux installations classiques pilotées par le réseau, ils agissent comme source de tension et peuvent spécifier indépendamment la hauteur et la qualité de la tension. Par des procédés tels que le Régulation de la chute de tension adaptent continuellement leurs performances aux conditions actuelles du réseau. Cela permet de maintenir une tension stable, même dans des situations dynamiques. Même en cas de perturbations graves du réseau, par exemple lors de courts-circuits, les systèmes sont capables de continuer à soutenir le réseau. Cette capacité est appelée Passage en toute sécurité en cas de panne est désigné comme tel et constitue un élément central de la résilience des réseaux électriques de demain.
Contrôle intelligent en temps réel
La base du Grid Forming repose sur une technologie de mesure et de régulation très dynamique. Les systèmes Grid Forming surveillent en permanence tous les paramètres pertinents du réseau, tels que le courant, la tension et la fréquence. Grâce à Boucles de rétroaction ils peuvent adapter leur comportement en temps réel et ainsi réagir immédiatement aux changements. Qu'il s'agisse de limiter les courants, de soutenir la fréquence ou de stabiliser la tension, ces systèmes fonctionnent avec une rapidité et une précision supérieures à celles des générateurs conventionnels. Cela permet un fonctionnement stable du réseau, même dans des scénarios où seuls des générateurs à électronique de puissance, tels que les installations photovoltaïques, les éoliennes et les systèmes de stockage par batterie, sont impliqués.
Différence entre Grid Forming et Grid Following
Pour comprendre le fonctionnement du « grid forming », il convient de le comparer au principe classique de la Onduleur de suivi de réseau utile. Les systèmes de suivi du réseau dépendent de la „ poursuite “ d'un signal de réseau existant. Ils injectent leur puissance en synchronisation avec une fréquence et une tension déjà présentes et ne peuvent fonctionner que si un signal de réseau stable est disponible.
Les onduleurs de formation de réseau, en revanche, jouent un rôle nettement plus actif : ils „ forment “ le réseau eux-mêmes en générant de manière autonome une référence de tension et de fréquence. Les générateurs synchrones conventionnels, qui dictent le rythme de la fréquence et de la tension, deviennent ainsi superflus.
Alors que le « grid following » fonctionne de manière fiable dans les réseaux stables disposant d'un nombre suffisant de centrales électriques conventionnelles et constitue un outil essentiel pour l'injection d'énergies renouvelables, le « grid forming » est donc indispensable pour des systèmes énergétiques modernes, durables et basés sur les énergies renouvelables.
Comparaison entre la formation de réseau et le suivi de réseau
| Suivi de la grille | Formation de réseau | |
| achat sur Internet | Nécessite un signal secteur existant (fréquence et tension) | Définit lui-même la tension et la fréquence actives |
| Stabilisation | Ne réagit qu'aux conditions réseau existantes | Stabilise activement et dynamiquement le réseau |
| Inertie/Réserve de marche | Aucune inertie propre, dépendant des générateurs synchrones | Émule l'inertie virtuelle via des algorithmes et de la mémoire. |
| Capacité opérationnelle | Ne fonctionne que dans les réseaux stables avec des générateurs synchrones | Fonctionne également dans les réseaux sans machines tournantes |
| Capacité de démarrage à froid | Impossible | Possible : Peut reconstruire les réseaux de manière autonome |
| Application typique | Installations photovoltaïques et éoliennes classiques qui alimentent les réseaux existants | Stockage d'énergie par batterie, microréseaux, installations renouvelables avec support réseau |
Mise en œuvre technique et domaines d'application
La mise en œuvre technique de la formation de réseau s'effectue principalement par des onduleurs formant le réseau ou des convertisseurs en combinaison avec un EMS. Le matériel doit être capable de définir de manière autonome la tension et la fréquence ainsi que d'assumer toutes les fonctions physiques. L'EMS, en tant que logiciel, contrôle le mode de fonctionnement, orchestre l'utilisation du matériel de formation de réseau et décide, par exemple, du fonctionnement en îlot, de la priorisation des charges ou de la resynchronisation.
Onduleur en tant que matériel
Les onduleurs formant le réseau assument la tâche physique de formation du réseau. Ils fournissent activement la tension et la fréquence et peuvent les maintenir de manière stable dans le réseau. Ils constituent ainsi la base de fonctions telles que le fonctionnement en îlot ou la capacité de démarrage à noir. Leur tâche consiste à mettre en œuvre de manière précise les valeurs de consigne spécifiées par le logiciel et à réagir rapidement aux changements dans le réseau.
EMS en tant que logiciel
En cas de formation de réseau avec le matériel correspondant, le système de gestion de l'énergie (EMS) contrôle en plus le mode de fonctionnement des onduleurs et coordonne leur interaction avec les systèmes de stockage et les générateurs. Il décide si un fonctionnement en îlot est activé, comment les charges sont priorisées ou quand une resynchronisation avec le réseau interconnecté a lieu. L'EMS assure ainsi l'orchestration intelligente du matériel et rend la formation de réseau fonctionnelle en tant que système global.
Domaines d'application clés de la formation de réseaux
- Batteriespeicher: En combinaison avec des systèmes de stockage performants, les onduleurs de formation de réseau (Grid-Forming) peuvent fournir ou absorber de l'énergie en quelques millisecondes, compensant ainsi les fluctuations de courte durée du réseau. Ces systèmes conviennent également aux scénarios de démarrage en site isolé (black start), où un réseau est redémarré de manière autonome après une panne.
- Micro-réseaux et réseaux isolés : Les technologies de formation de réseau sont indispensables, particulièrement dans les structures décentralisées ou dans les régions sans connexion réseau sécurisée, pour exploiter les réseaux locaux de manière fiable et indépendante.
- Intégration des énergies renouvelables : Dans les grandes centrales photovoltaïques ou éoliennes, les onduleurs formant le réseau peuvent assumer des tâches jusqu'alors réservées aux générateurs rotatifs. Cela permet une intégration directe des énergies renouvelables dans la stabilité du réseau.
- Support du réseau dans le réseau intégré : Même dans les systèmes électriques existants où la part des centrales conventionnelles diminue, le Grid Forming devient de plus en plus nécessaire pour assurer la régulation de la fréquence et de la tension, et pour maintenir la puissance du réseau.
Avec cela, la formation de réseau ouvre une multitude de nouvelles possibilités pour garantir la sécurité de l'approvisionnement et la stabilité du réseau, même dans des systèmes énergétiques hautement renouvelables. La technologie est donc non seulement une option technique, mais un élément essentiel de la transition énergétique.
Défis et tendances actuelles pour les micro-réseaux en étoile
L'utilisation à grande échelle de la formation de grille est encore à ses débuts. Deux raisons principales en étaient jusqu'à présent la numérisation insuffisante des réseaux électriques et le manque de systèmes de gestion d'énergie (EMS) déployés à grande échelle. Sans ce contrôle numérique, les onduleurs formant un réseau ne peuvent être entièrement coordonnés. De plus, les systèmes de stockage par batterie sont restés longtemps relativement coûteux, limitant ainsi leur utilisation économique à des projets pilotes.
Cependant, les deux sont en train de changer considérablement : avec la numérisation croissante du système énergétique, les nouvelles solutions EMS et la baisse des coûts des technologies de stockage, le déploiement généralisé du Grid Forming devient une réalité tangible. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour stabiliser de manière fiable la fréquence et la tension, même dans un réseau dominé par les énergies renouvelables.
Défis techniques
Les onduleurs formant réseau doivent s'intégrer de manière transparente aux réseaux existants dotés de générateurs synchrones classiques. Il est essentiel de maintenir la fréquence et la tension de manière fiable, même avec une part élevée d'énergies renouvelables, ce qui exige que les onduleurs formant réseau réagissent très rapidement et précisément aux perturbations du réseau. L'utilisation parallèle d'appareils différents entraîne une technologie de régulation et de protection complexe, car les instabilités dues aux oscillations et aux interactions doivent être évitées. En outre, de nombreuses solutions en sont encore au stade pilote, et l'interopérabilité entre les différents fabricants ainsi que la validation en cours d'exploitation du réseau constituent des obstacles supplémentaires. Dans l'ensemble, la formation de réseau est donc nettement plus compliquée que le fonctionnement classique avec des générateurs synchrones et exige de nouveaux concepts et normes système robustes.
Cadre réglementaire
Les codes européens des réseaux, en particulier le règlement UE 2016/631 (Exigences pour les générateurs – RfG), constituent la base des exigences en matière de propriétés de formation de réseau. Ce règlement est en vigueur depuis 2016 et fixe des exigences techniques et opérationnelles pour les installations de production. En Allemagne, la mise en œuvre est assurée par les codes nationaux des réseaux et les règles techniques de raccordement (TAR) du VDE/FNN à compter de juillet 2024, qui sont inscrites dans la loi et évoluent constamment. Le respect de ces règles est obligatoire pour le raccordement au réseau de nouvelles installations et doit être prouvé par des certifications. Le cadre réglementaire pour les systèmes de stockage par batterie est également en évolution, mais encore loin d'être adapté à la pratique. Des incertitudes juridiques apparaissent particulièrement pour les systèmes de stockage polyvalents destinés à la formation de réseau, concernant la taxe sur l'électricité, les tarifs d'utilisation des réseaux, les concepts de mesure, les rapports d'avancement des travaux, le dispatch inversé et la séparation comptable.
Développements actuels et projets pilotes
Les onduleurs formant réseau connaissent actuellement un développement dynamique en Allemagne, accéléré notamment par des financements de recherche ciblés et des impulsions réglementaires. L'Agence fédérale des réseaux (Bundesnetzagentur) a formulé des exigences concrètes pour l'approvisionnement basé sur le marché de la réserve instantanée au printemps 2025, de sorte que les installations dotées de capacités de formation de réseau seront rémunérées pour la première fois. De nombreux projets pilotes examinent les exigences techniques, l'interopérabilité, ainsi que l'utilisation de systèmes de stockage par batteries et de systèmes photovoltaïques pour un fonctionnement stable du réseau. Des tests sur le terrain sont réalisés à tous les niveaux de tension, des services système sont éprouvés et l'intégration d'installations décentralisées pour le fonctionnement normal, en îlot et pour la remise en service du réseau est validée. L'objectif est de pouvoir exploiter des sous-réseaux dominés par les convertisseurs de manière stable et sûre d'ici 2028 et de faire directement converger les connaissances acquises vers les processus de normalisation.
Formation de réseau pour la stabilité et l'intégration des énergies renouvelables
Le Grid Forming est bien plus qu'une option technique – c'est la base d'un système énergétique stable sans centrales électriques conventionnelles. Les onduleurs formant réseau assument des tâches jusqu'alors réservées aux groupes électrogènes synchrones, rendant ainsi possible une alimentation électrique fiable même avec une forte proportion d'énergies renouvelables.
Les obstacles précédents – coûts élevés des batteries de stockage et absence de contrôle numérique – perdent de plus en plus de leur importance. Avec la baisse des prix du stockage, des systèmes de gestion d'énergie performants et des réglementations plus claires, la technologie est sur le point de réussir sa percée sur le marché.
Cela fait du "Grid Forming" le lien essentiel entre la production renouvelable, la stabilité du réseau et la sécurité d'approvisionnement – et un facteur clé pour le système énergétique de l'avenir.