Les réseaux électriques intégrés offrent des avantages, mais posent également des défis qui sont mieux relevés en tirant parti des différences – Technoguide

Les récentes pannes d’électricité au Texas ont attiré l’attention sur la séparation de son réseau électrique du reste du pays. Bien qu’il ne soit pas immédiatement clair si l’intégration avec d’autres parties du réseau national aurait complètement éliminé le besoin de faire des pannes, l’incapacité de l’État à importer des quantités importantes d’électricité a été décisive dans la panne.

Un réseau électrique plus grand présente des avantages, mais comporte également des risques que les chercheurs de l’Université Northwestern espèrent aborder pour accélérer l’intégration et les améliorations du système.

Un défi évident dans les réseaux plus grands est que les échecs peuvent se propager plus loin – dans le cas du Texas, à travers les frontières des États. Un autre est que tous les générateurs d’énergie doivent être maintenus synchronisés à une fréquence commune afin de transmettre de l’énergie. Les États-Unis sont desservis par trois réseaux «séparés»: l’interconnexion de l’Est, l’interconnexion de l’Ouest et l’interconnexion du Texas, interconnectées uniquement par des lignes électriques à courant continu. Tout écart persistant des fréquences dans une région peut entraîner une panne.

En conséquence, les chercheurs recherchent des moyens de stabiliser le réseau en recherchant des méthodes pour atténuer les écarts de fréquence des générateurs d’électricité.

La nouvelle recherche du Nord-Ouest montre que, contrairement aux hypothèses retenues par certains, l’hétérogénéité du réseau électrique présente des avantages de stabilité. En examinant plusieurs réseaux électriques aux États-Unis et en Europe, une équipe dirigée par le physicien du nord-ouest Adilson Motter a récemment rapporté que les générateurs fonctionnant sur des fréquences différentes reviennent plus rapidement à leur état normal lorsqu’ils sont amortis par des «disjoncteurs» à des taux différents de ceux des générateurs qui les entourent.

L’article a été publié le 5 mars dans la revue Nature Communications.

Motter est professeur Charles E. et Emma H. ​​Morrison au département de physique et d’astronomie du Weinberg College of Arts and Sciences. Ses recherches portent sur les phénomènes non linéaires dans les systèmes et réseaux complexes.

Motter compare les réseaux électriques à un choeur: “C’est un peu comme un chœur sans chef. Les générateurs doivent écouter les autres et parler en synchronisation. Ils réagissent et répondent aux fréquences de l’autre.”

Écoutez une fréquence déséquilibrée et le résultat peut être un échec. Compte tenu de la composition interconnectée du système, une panne peut se propager à travers le réseau. Historiquement, ces dysfonctionnements ont été évités grâce à l’utilisation de contrôleurs actifs. Cependant, les pannes sont souvent causées précisément par des erreurs de contrôle et d’équipement. Cela indique la nécessité de renforcer la stabilité dans la conception du système. Pour y parvenir, l’équipe a cherché à tirer parti des hétérogénéités naturelles du réseau.

Lorsque les fréquences des générateurs d’énergie sont éloignées de l’état synchrone, elles peuvent osciller pendant une longue période et même devenir plus erratiques. Pour atténuer ces fluctuations, ils ont proposé quelque chose qui s’apparente à un mécanisme de porte utilisé pour fermer une porte le plus rapidement, mais sans claquer.

“Mathématiquement, le problème de l’amortissement des écarts de fréquence dans un groupe électrogène est analogue au problème de l’amortissement optimal d’une porte pour la faire fermer le plus rapidement, ce qui a une solution connue dans le cas d’une porte unique”, a déclaré Motter. “Mais ce n’est pas une porte unique dans cette analogie. C’est un réseau de nombreuses portes qui sont couplées les unes aux autres, si vous pouvez imaginer les portes comme des générateurs d’électricité.”

Lors de la création d’un effet «d’amortissement optimal», ils ont découvert qu’au lieu de rendre chaque amortisseur identique, amortir les générateurs de puissance d’une manière convenablement différente les uns des autres peut encore optimiser leur capacité à se synchroniser à la même fréquence aussi rapidement que possible. Autrement dit, un amortissement convenablement hétérogène à travers le réseau peut conduire à une meilleure stabilité des réseaux électriques étudiés par l’équipe.

Cette découverte pourrait avoir des implications pour la conception future du réseau, alors que les développeurs travaillent à optimiser la technologie et envisagent d’intégrer davantage des réseaux désormais séparés.

L’étude a été soutenue par Finite Earth Initiative de l’Université Northwestern (soutenue par Leslie et Mac McQuown) et ARPA-E Award n ° DE-AR0000702 et a également bénéficié du soutien logistique du Northwestern Institute for Sustainability and Energy.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université Northwestern. Original écrit par Lila Reynolds. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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