Distinguer les mécanismes d'oscillation et localiser les sources d'oscillation forcée au sein d'un réseau électrique intégrant l'énergie éolienne

Le fonctionnement sécuritaire des réseaux électriques est d’une importance capitale pour la prospérité économique, le bon fonctionnement de la société et la sécurité nationale. Les oscillations soutenues, qu’elles soient naturelles ou forcées, constituent d’importantes menaces pour les réseaux électriques, car elles peuvent causer des vibrations mécaniques indésirables dans l’équipement, voire des pannes d’électricité catastrophiques à l’échelle d’un système. Le réseau d’Hydro-Québec a historiquement présenté des problèmes d’oscillation en raison du fait qu’il fonctionne en îlot et comporte de longues lignes de transport d’énergie présentant un niveau élevé de compensation en série et shunt. L’intégration de l’énergie éolienne risque aussi d’exacerber ce problème en introduisant des oscillations forcées attribuables à la variabilité de l’énergie éolienne et aux interactions entre les convertisseurs électroniques de puissance et le réseau.

Pour relever ces défis, le présent projet de recherche vise à tirer parti de la technologie de système de mesure à zone étendue (Wide-Area Measurement System; WAMS) pour : 1) élaborer un nouvel algorithme fondé sur la mesure pour distinguer les oscillations forcées des oscillations naturelles au sein des systèmes électriques intégrant l’énergie éolienne; et 2) élaborer un algorithme de localisation en ligne permettant de localiser les sources d’oscillation forcées. Les deux objectifs du projet de recherche qui est ici proposé correspondent aux deux étapes essentielles de l’atténuation des oscillations soutenues au sein des réseaux d’électricité modernes. Les algorithmes développés combleront les lacunes des méthodes existantes, notamment en ne nécessitant aucune connaissance préalable du réseau électrique et en demeurant efficaces même en cas d’oscillation légèrement amortie et sous résonance. Les algorithmes à élaborer seront mis à l’essai à l’échelle de divers réseaux électriques intégrant l’énergie éolienne, y compris un système d’essai relié à Hydro-Québec, en utilisant un simulateur en temps réel et tenant compte des imperfections qui sont propres à des conditions réelles sur le terrain.

On envisage que les algorithmes proposés, en tirant parti des mesures abondantes du système WAMS relatives au réseau d’Hydro-Québec, puissent éventuellement être intégrés au module en ligne d’évaluation dynamique de la sécurité afin de cerner les mécanismes d’oscillation de façon précise et efficace, et pour localiser les sources d’oscillation forcée connectées au réseau, atténuer les impacts négatifs des oscillations soutenues et améliorer la stabilité du réseau. Sachant que toute instabilité du réseau électrique peut entraîner d’énormes pertes économiques, le projet proposé devrait contribuer à économiser des ressources sociales et à réduire les pertes économiques grâce au maintien et à l’amélioration de la stabilité du réseau d’Hydro-Québec.