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EDF expérimente le réseau électrique du futur

Philippe Passebon

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EDF expérimente le réseau électrique du futur

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Concept Grid, la plate-forme expérimentale dédiée aux smart grids d'EDF, est désormais ouverte aux industriels et aux institutions académiques. À mi-chemin entre essais en laboratoire et expérimentations de terrain, cette installation unique au monde permet de tester équipements et solutions de gestion du réseau, pour anticiper l'avènement des réseaux électriques de demain.

Aptes à relever le double défi de la maîtrise des consommations et de la complexification des réseaux, notamment du fait de l'intégration des énergies renouvelables, intermittentes et délocalisées, les « smart grids » se développent tous azimuts depuis quelques années. Ces réseaux électriques dotés d'intelligence misent sur les technologies de l'information et de la communication pour offrir aux usagers une information en temps réel sur leur consommation et leur production d'électricité, et leur donner la possibilité de piloter à distance les équipements.

Mais cette gestion affinée des flux d'électricité a un prix : elle exige des gestionnaires de réseaux davantage de maîtrise et de sûreté. Les fabricants d'équipements électriques manquent quant à eux de recul sur le fonctionnement de leurs systèmes dans ces environnements. Nombreux, les essais existants ne leur permettent pourtant pas de tester à fond leurs équipements dans les conditions réelles du réseau.

Un champ d'études et d'expérimentations étendu

« En test unitaire, ils peuvent soumettre leurs équipements à de fortes contraintes, mais hors des conditions réelles du réseau. A contrario, les équipements peuvent être directement intégrés sur une maille locale d'un réseau existant, dont les usagers se sont portés volontaires pour l'expérience. C'est le cas du projet Nice Grid, dans les Alpes-Maritimes. Mais toutes les expérimentations ne sont alors pas permises, du fait de leurs impacts sur les usagers et le reste du réseau », résume Benoît Puluhen, chef de projet Concept Grid.

C'est pour répondre à cette double problématique qu'a été créé Concept Grid. Ce réseau modèle se veut représentatif d'une installation réelle. Installé sur le site R&D d'EDF des Renardières (Seine-et-Marne), il est constitué de 7 kilomètres de réseau basse tension (BT), alimenté par 3 kilomètres de lignes moyenne tension (HTA) aérienne et souterraine, auxquels s'ajoutent 2 micro-éoliennes et des panneaux photovoltaïques.

Pour reproduire les charges, le réseau BT alimente un bâtiment de bureaux, cinq maisons modèles équipées de matériels électriques à usage domestique, des pompes à chaleur et des bornes de recharge pour véhicules électriques. Enfin, pour se placer au plus près des conditions réelles, 120 kilomètres de réseau HTA sont également simulés par des cellules RLC (des circuits linéaires contenant une résistance électrique, une bobine et un condensateur). En effet, le comportement d'un réseau en conditions perturbées dépend directement de son impédance, liée à sa longueur.

« Des courts circuits sont créés sur le réseau HTA sur une, deux ou trois phases pour en observer les conséquences sur le réseau BT et les équipements électriques. Un réseau télécoms dédié à la mesure a été mis en place en partenariat avec Alcatel-Lucent pour accéder en temps réel et en différents points aux caractéristiques de l'onde telles que son amplitude, sa fréquence ou son spectre harmonique », détaille Benoît Puluhen.

En mars 2013, cinq mois après la première mise sous tension du réseau, une équipe d'EDF remporte un premier succès. Elle valide une solution dite de « self-healing » (auto-cicatrisation) née dans les laboratoires d'EDF, l'Automatisme de reprise de boucle (ARB), qui remet automatiquement en fonctionnement le réseau suite à une coupure (voir encadré).

Un lieu de rencontre privilégié pour différents acteurs

« Grâce à cet automate, les usagers privés d'électricité peuvent être réalimentés en quelques secondes, alors que le dépannage demande entre quelques minutes et une heure actuellement », détaille Benoît Puluhen. L'originalité de l'ARB réside dans la décentralisation de l'intelligence dans les calculateurs situés au niveau des disjoncteurs. En cas de défaut, chacun des calculateurs dialogue avec son plus proche voisin pour diagnostiquer l'état de la section située entre eux et agir en conséquence sur les disjoncteurs. Si la topologie du réseau se modifie, d'autres calculateurs identiques aux premiers sont rajoutés sans qu'il y ait besoin d'informer le poste central des transformations effectuées.

EDF va aujourd'hui plus loin, en ouvrant les portes de Concept Grid aux professionnels du secteur. L'électricien offre des prestations de service aux industriels, distributeurs et universitaires qui veulent tester le fonctionnement de leurs systèmes électriques, qu'il s'agisse de composants du réseau tels que des transformateurs ou des disjoncteurs ou de matériel à usage domestique. En plus des courts-circuits créés sur le réseau HTA, un groupe tournant et un amplificateur de puissance permettent de perturber sur le réseau BT toutes sortes de caractéristiques de l'onde. Selon les besoins, les perturbations sont corrélées aux observations faites sur le matériel, de manière à surveiller par exemple leur impact sur le point de fonctionnement optimal.

Enfin, Concept Grid permet aussi de tester de nouveaux systèmes intelligents pour les smart grids, à l'instar du compteur intelligent Linky. Le laboratoire offre en effet la possibilité de tester en toute liberté des pratiques « d'effacement », c'est-à-dire de réduction volontaire des consommations aux heures de pointe, ou de pilotage automatique d'équipements à usage domestique. Des partenariats sur ces sujets ont d'ores et déjà été signés entre autres avec Alcatel, l'Institut de recherche du Groupe HydroQuébec (IREQ), Supelec et Derlab.

Les anomalies isolées en temps record

cLe réseau moyenne tension est habituellement organisé sous forme de boucles ouvertes sur lesquelles se greffent des transformateurs électriques qui assurent le passage en basse tension. Lorsqu'un défaut apparaît entre deux transformateurs, les disjoncteurs en entrée de boucle s'ouvrent, entraînant la perte d'alimentation de l'ensemble des clients raccordés sur la boucle. Avec l'Automatisme de reprise de boucle (ARB) conçu par EDF, des calculateurs situés au niveau des disjoncteurs dialoguent entre eux via un réseau dédié de fibres optiques. Lorsque deux calculateurs ont localisé la défaillance entre eux, ils ordonnent l'ouverture des disjoncteurs associés pour n'éliminer que la section en défaut. Les autres calculateurs ordonnent alors la réalimentation de leurs propres sections. Le défaut est ainsi isolé en moins de 200 ms et l'ensemble de la boucle réalimentée en quelques secondes.

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