Quelles sont les méthodes de régulation de la fréquence électrique

La régulation de la fréquence (Frequency Regulation) est une tâche essentielle dans les systèmes électriques, visant à maintenir la stabilité de la fréquence du réseau. La fréquence d'un système électrique doit généralement être maintenue dans une plage spécifique, comme 50 Hz ou 60 Hz, pour assurer le bon fonctionnement de tous les équipements électriques. Voici plusieurs méthodes courantes de régulation de la fréquence :

1. Régulation primaire de la fréquence

Principe : La régulation primaire de la fréquence est réalisée en ajustant automatiquement la puissance de sortie des unités de production via leurs régulateurs pour répondre aux écarts de fréquence à court terme.

Application : Adaptée à une réponse rapide aux variations de charge à court terme.

Fonctionnement : Les régulateurs ajustent automatiquement le débit de vapeur ou d'eau vers les turbines en fonction des écarts de fréquence, modifiant ainsi la puissance de sortie du générateur.

2. Régulation secondaire de la fréquence

Principe : La régulation secondaire de la fréquence ajuste davantage la puissance de sortie des unités de production, en s'appuyant sur la régulation primaire, en utilisant des systèmes de contrôle automatique de la production (AGC) pour rétablir la fréquence à son point de consigne.

Application : Adaptée au contrôle de la fréquence à moyen terme.

Fonctionnement : Les systèmes AGC ajustent automatiquement la puissance de sortie des unités de production en fonction des écarts de fréquence et de l'erreur de contrôle de zone (ACE).

3. Régulation tertiaire de la fréquence

Principe : La régulation tertiaire de la fréquence optimise la puissance de sortie des unités de production pour la distribution économique, en s'appuyant sur la régulation secondaire, afin de minimiser les coûts de production.

Application : Adaptée au contrôle de la fréquence à long terme et à la distribution économique.

Fonctionnement : Des algorithmes d'optimisation déterminent la puissance de sortie optimale pour chaque unité de production afin d'assurer la stabilité de la fréquence et la minimisation des coûts.

4. Régulation de la fréquence par les systèmes de stockage d'énergie (ESS)

Principe : Les systèmes de stockage d'énergie peuvent charger ou décharger rapidement pour fournir ou absorber de l'énergie, aidant à maintenir la stabilité de la fréquence.

Application : Adaptée à la réponse rapide et à la régulation de la fréquence à court terme.

Fonctionnement : Les systèmes de stockage d'énergie utilisent des convertisseurs électroniques de puissance (comme des onduleurs) pour répondre rapidement aux changements de fréquence et fournir le soutien nécessaire en puissance.

5. Gestion de la demande (DSM)

Principe : La gestion de la demande implique d'inciter les utilisateurs à ajuster leur consommation d'électricité pour aider à maintenir la stabilité de la fréquence du réseau.

Application : Adaptée au contrôle de la fréquence à moyen terme.

Fonctionnement : Des signaux de prix, des mécanismes d'incitation ou des technologies de réseau intelligent guident les utilisateurs à réduire leur consommation pendant les heures de pointe et à augmenter leur consommation pendant les heures creuses.

6. Régulation de la fréquence par les sources d'énergie renouvelables (RES)

Principe : Utiliser les capacités de réponse rapide des sources d'énergie renouvelables (comme l'éolien et le photovoltaïque) pour fournir des services de régulation de la fréquence via des convertisseurs électroniques de puissance (comme des onduleurs).

Application : Adaptée à la réponse rapide et à la régulation de la fréquence à court terme.

Fonctionnement : Les onduleurs ajustent rapidement la puissance de sortie des sources d'énergie renouvelables pour répondre aux changements de fréquence.

7. Générateur synchrone virtuel (VSG)

Principe : Simuler les caractéristiques dynamiques des générateurs synchrones pour permettre aux sources d'énergie distribuées (comme les onduleurs) de fournir des capacités de régulation de la fréquence.

Application : Adaptée à la régulation de la fréquence dans les sources d'énergie distribuées et les micro-réseaux.

Fonctionnement : Des algorithmes de contrôle font en sorte que les onduleurs imitent le comportement des générateurs synchrones, fournissant de l'inertie et un soutien de régulation de la fréquence.

8. Redémarrage après panne totale (Black Start)

Principe : Restaurer le fonctionnement du réseau après une panne totale en utilisant des unités de production pré-désignées pour assurer la stabilité de la fréquence.

Application : Adaptée à la récupération du réseau et aux situations d'urgence.

Fonctionnement : Certaines unités de production sont désignées comme sources de redémarrage après panne, qui démarreront en premier lors de la récupération du réseau, rétablissant progressivement les autres unités de production et les charges.

Résumé

La régulation de la fréquence est un moyen crucial pour assurer la stabilité de la fréquence du réseau et peut être réalisée par diverses méthodes. La régulation primaire et secondaire de la fréquence sont des méthodes de base adaptées à différents horizons temporels de contrôle de la fréquence. Les systèmes de stockage d'énergie, la gestion de la demande et la régulation de la fréquence par les énergies renouvelables offrent des moyens flexibles pour une réponse rapide et une régulation de la fréquence à court terme. Les générateurs synchrones virtuels et le redémarrage après panne jouent des rôles importants dans des scénarios spécifiques.