Étude d'une pénétration solaire massive dans un réseau de distribution synthétique

RÉSUMÉ Dans le contexte d’une popularité croissante des ressources énergétiques distribuées et renouvelables à des fins de décarbonation, la connexion de panneaux solaires photovoltaïques (PV) sur les réseaux de distribution reste un sujet prisé par la communauté scientifique reliée aux réseaux de distribution. Des successions de simulations d’écoulement de puissance (load-flow time-series : LFTS) sont exécutées sur EMTP afin d’analyser l’impact d’une pénétration de production solaire sur une journée (sans et avec batteries) dans un réseau de distribution synthétique. Cette étude examine l’impact des régulateurs de tension et du mode de contrôle Volt-VAR qui est un mécanisme de régulation de la tension locale couramment implémenté dans un module PV. Tout en considérant l’intermittence de la demande de charge et de la quantité d’ensoleillement reçu par les modules PV, ces simulations LFTS sont exécutées sur le réseau de distribution synthétique IEEE-34 développé par un groupe de travail de l’IEEE. Pour s’assurer que les simulations LFTS soient réalistes, le réseau IEEE-34 est adapté pour considérer la variation de l’ensoleillement reçu par les modules PV (associée à un profil d’ensoleillement) et la variation de la demande de puissance de chaque charge (associée à des profils de charge) tout en implémentant un contrôle Volt-VAR discrétisé. Le cas de figure considéré est le réseau IEEE-34 où un module PV est connecté avec chacune des 15 charges triphasées qui ont été identifiées comme des charges résidentielles, commerciales ou industrielles. Chaque catégorie de charge est associée à un profil de charge particulier. Les valeurs de la puissance active et réactive nominale de chaque module PV connecté à un nœud sont fixées à un pourcentage de la charge nominale connectée à ce nœud. Ce pourcentage correspond au taux de pénétration. Un autre objectif est de vérifier la précision des résultats de simulation LFTS en les comparant avec des résultats de simulation dans le domaine du temps obtenus avec des modèles plus détaillés. Ici, la simulation LFTS est suffisamment précise afin qu’il ne soit pas nécessaire d’effectuer des simulations dans le domaine du temps, dans le contexte d’une étude d’intégration en régime permanent déroulant sur une journée. La justification est basée sur les faits que ces deux types de simulations retournent des résultats similaires et que performer des simulations LFTS peut diminuer considérablement le temps de calcul.

Abstract

ABSTRACT In the context of an increasing popularity of distributed and renewable energy resources for decarbonization purposes, photovoltaic solar panels connection onto the distribution grid is a subject prized by the scientific community associated with distribution grids. A succession of load-flow simulations (load-flow time-series: LFTS) are performed on EMTP to analyze the impact of a solar production’s penetration over one day (with and without batteries) in a synthetic distribution grid. This study examines the impact of voltage regulators and Volt-VAR control, being a local voltage regulation mechanism commonly implemented in a PV module. While considering the intermittency of the load demand and the irradiance quantity received by all PV modules, these LFTS simulations are performed on the IEEE-34 synthetic distribution grid developed by an IEEE working group. To ensure that all LFTS simulations are realistic, the IEEE-34 grid is adapted to consider the variation of the irradiance received by all PV modules (associated with an irradiance profile) and the variation of each load’s power demand (associated with load profiles) while implementing a discretized Volt-VAR control. The case figure considered is the IEEE-34 grid where a PV module is connected with each of the 15 three-phase loads that have been identified as a residential, a commercial, or an industrial load. Each load category is associated with a specific load profile. Connected at a certain node, each PV module’s nominal active and reactive powers are fixed at a percentage of the nominal load connected to this node. This percentage corresponds to the penetration rate. Another objective is to verify the precision of LFTS simulation results by comparing them with time-domain simulation results obtained with more detailed models. In this case, the LFTS simulation is sufficiently precise so that performing time-domain simulations isn’t necessary in the context of an integration study (steady state) over one day. The justification is based on the facts that these two types of simulations yield similar results and that performing LFTS simulations can considerably diminish the computation time. Finally, the obtained LFTS simulation results can illustrate the impact of an increasing penetration rate and the usage of a combination of voltage regulation mechanisms (voltage regulators and/or Volt-VAR).