L’évolution vers des réseaux électriques alimentés principalement par des énergies renouvelables nécessite de repenser les méthodes de détection des pannes. Des chercheurs travaillent actuellement sur des modifications pour assurer la fiabilité des futurs réseaux électriques.
Les méthodes traditionnelles de détection des pannes, conçues pour les réseaux à génération synchrone comme les centrales à gaz, s’avèrent peu efficaces pour les systèmes à base d’onduleurs utilisés dans les installations d’énergies renouvelables. Cette problématique a été mise en lumière par Joshua Taylor, professeur associé à l’Institut de Technologie du New Jersey (NJIT).
Dans les réseaux synchrones, les pannes telles que le contact avec un arbre sont facilement détectées car elles provoquent des symptômes comme des changements brusques de tension. Des relais industriels interrompent automatiquement le flux d’électricité, à l’instar des disjoncteurs domestiques.
Joshua Taylor a indiqué en substance : «La foudre frappe la ligne et crée un arc entre la ligne et le sol. L’ouverture des interrupteurs de part et d’autre, ou en amont, permet de couper l’alimentation de la panne, puis leur fermeture rétablit le fonctionnement normal. Lors d’un orage, quand vous voyez les lumières s’éteindre pendant une demi-seconde, cela correspond à l’ouverture et à la re-fermeture des interrupteurs pour éliminer les pannes.»
Les défis spécifiques aux sources d’énergie renouvelables
Avec les sources d’énergie renouvelables basées sur des onduleurs, les courants de défaut peuvent être très faibles, rendant la détection beaucoup plus difficile. Un second problème se pose : les réseaux traditionnels s’appuient sur la physique des machines synchrones pour détecter les pannes, tandis que les systèmes à onduleurs de différents fabricants peuvent tous se comporter différemment en raison de leur programmation.
Joshua Taylor a souligné : «À un certain point, si une part suffisante du réseau est alimentée par des onduleurs, les courants de défaut commencent à se manifester différemment. Des interrupteurs sont censés s’ouvrir, mais les capteurs et la logique chargés de prendre cette décision peuvent faire un mauvais choix.»
Joshua Taylor et son collègue Alejandro Dominguez-Garcia de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont reçu chacun 275 000 dollars de la National Science Foundation pour financer des recherches doctorales visant à relever ce défi.
Une approche innovante pour résoudre le problème
Leur idée la plus prometteuse consiste à ajouter ce que les ingénieurs appellent une perturbation sur la ligne, telle qu’une forme d’asymétrie, servant de signal mathématiquement prouvable pour que le circuit le reconnaisse. Taylor et Dominquez-Garcia ont écrit dans leur proposition : «La formalisation mathématique de ce problème constituera une procédure rationalisée, basée sur l’optimisation, pour concevoir de nouveaux schémas de détection.»
Joshua Taylor a précisé : «Il ne s’agit pas de ce qu’un mathématicien considérerait comme des mathématiques. Mais cela comporte un élément théorique intéressant. Les outils théoriques existants pour la détection des pannes dans les systèmes généraux pourraient s’appliquer aux automobiles ou aux usines chimiques pour déterminer quand un système ne fonctionne pas comme prévu. Certaines caractéristiques spécifiques de ce problème devraient mener à de nouvelles perspectives en matière de détection des pannes.»
Un étudiant en doctorat à NJIT formulera le problème de conception, tandis qu’un autre en Illinois travaillera sur la modélisation logicielle pour les réseaux électriques triphasés. L’Université de l’Illinois dispose également d’un laboratoire de test simulant le réseau. Taylor espère que les deux étudiants commenceront leurs travaux au semestre de printemps 2025.
Joshua Taylor a exprimé son espoir que les deux étudiants diplômés commencent leurs travaux au semestre du printemps 2025. Ces recherches pourraient aboutir à des avancées significatives dans la gestion des réseaux électriques du futur, assurant ainsi une transition énergétique plus sûre et plus fiable.
Légende illustration : Wikimedia Commons / Michelle Y. Alvarez-Rea, USAF
