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Etudes Scientifiques Prénormatives Sur Le Raccordement Au Réseau Electrique D’I

Etudes Scientifiques Prénormatives Sur Le Raccordement Au Réseau Electrique D’Installations Techniques Photovoltaïques Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension Cadre réglementaire, impacts et préconisations ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 2 sur 64 Avril 2010 ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension Cadre réglementaire, impacts et préconisations Rédacteurs : H. Colin (CEA-INES), C. Duvauchelle (EDF), G. Moine (TRANSENERGIE), Y. Tanguy (TRANSENERGIE), B. Gaiddon (HESPUL), T. Tran-Quoc (IDEA) Travaux réalisés avec le soutien financier de l’ADEME Avril 2010 ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 3 sur 64 Avril 2010 Résumé Le présent document est le fruit d’un travail collaboratif réalisé dans le cadre du projet de recherche ESPRIT, qui traite du raccordement des installations photovoltaïques (PV) au réseau public de distribution basse tension en France métropolitaine. Il rappelle le cadre réglementaire et technique français dans lequel se font les raccordements au réseau, identifie ses carences et incohérences et recense les interactions, potentielles ou avérées entre les installations PV et les réseaux publics de distribution. Des anomalies de fonctionnement constatées sur des installations en service sont ensuite listées et analysées pour conduire à des recommandations et préconisations en vue de pallier aux manques de la réglementation française et de définir un cahier des charges rassemblant les exigences auxquelles devraient se conformer les onduleurs PV. L’objectif est d’établir les bases d’un cadre réglementaire qui satisfera les gestionnaires du réseau et les producteurs et qui permettra un meilleur fonctionnement des installations PV raccordées. Mots clés PHOTOVOLTAÏQUE, RESEAU, INTERACTIONS, PRECONISATIONS Summary The present document is the result of a collaborative work carried out in the framework of the ESPRIT research project, which deals with the connection of photovoltaic (PV) systems to the low voltage public distribution grid in metropolitan France. It presents the standards and the technical requirements in force related to the connection of PV installations to the grid. It identifies their weaknesses and inconsistencies and classifies the potential or real interactions between PV systems and public distribution grids. Some technical problems, occurring in existing PV installations, are listed. Then recommendations are given in order to compensate the lacks of the French regulation and define the specifications and technical requirements grid-connected PV inverters should comply with. The objective is to settle the basis of a regular framework that will satisfy both grid operators and producers, and enable a better operation of grid-connected PV systems. Key words PHOTOVOLTAIC, GRID, INTERACTIONS, RECOMMENDATIONS ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 4 sur 64 Avril 2010 Sommaire PREAMBULE.......................................................................................................................................... 6 CADRE DU DOCUMENT........................................................................................................................ 7 INTRODUCTION ..................................................................................................................................... 7 I. RAPPEL SUR LES OBLIGATIONS ET EXIGENCES DES GESTIONNAIRES DE RESEAU ..... 9 I.1 CADRE REGLEMENTAIRE................................................................................................................ 9 I.1.1 Textes ................................................................................................................................ 9 I.2 MAITRISE DU PLAN DE TENSION.................................................................................................... 10 I.3 ETUDES DE RACCORDEMENT EFFECTUEES PAR LE GESTIONNAIRE DU RESEAU................................ 11 I.3.1 But des études de raccordement..................................................................................... 11 I.3.2 Exigences vis-à-vis des producteurs d’énergie PV ......................................................... 11 I.4 SECURITE DES BIENS ET PERSONNES........................................................................................... 11 I.5 DOMAINE DE FONCTIONNEMENT DE L’INSTALLATION ...................................................................... 12 I.6 POINTS NON COUVERTS PAR LA REGLEMENTATION ET LES NORMES EN VIGUEUR............................. 12 I.6.1 Manques .......................................................................................................................... 12 I.6.2 Ambiguïtés ....................................................................................................................... 13 II. IMPACTS POTENTIELS DES INSTALLATIONS PV SUR LE RPD........................................... 15 II.1 AVANT-PROPOS...................................................................................................................... 15 II.2 PRINCIPAUX IMPACTS GENERES PAR LES INSTALLATIONS PHOTOVOLTAÏQUES............................. 15 II.2.1 Elévation locale du niveau de tension ............................................................................. 15 II.2.2 Bosses de tension............................................................................................................ 17 II.2.3 Variations rapides de puissance...................................................................................... 17 II.2.4 Harmoniques de courant.................................................................................................. 18 II.2.5 Injection de courant continu............................................................................................. 19 II.2.6 Perturbation des signaux tarifaires .................................................................................. 20 II.2.7 Contribution aux courants de court circuit ....................................................................... 20 II.2.8 Impact du PV sur les investissements réseau................................................................. 20 II.2.8.1 Approche globale..................................................................................................................20 II.2.8.2 Approche locale ....................................................................................................................21 II.2.8.3 Conclusion............................................................................................................................23 II.2.9 Impact du PV sur les pertes dans les réseaux de distribution......................................... 23 II.2.10 Tension résiduelle côté AC.......................................................................................... 24 II.3 CONSEQUENCES D’UNE FORTE DENSITE D’ONDULEURS PV....................................................... 24 II.3.1 Effets et configurations rencontrées ................................................................................ 24 II.3.2 Elévation locale de la tension .......................................................................................... 25 II.3.3 Déséquilibre entre phases ............................................................................................... 25 II.3.4 Interactions entre onduleurs ............................................................................................ 26 III. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES RPD SUR LE FONCTIONNEMENT DES INSTALLATIONS PHOTOVOLTAÏQUES............................................................................................. 27 III.1 ORIGINE DES PHENOMENES INFLUENÇANT LE FONCTIONNEMENT DES INSTALLATIONS PV ........... 27 III.2 REGIME DE NEUTRE ET COURANTS DE FUITE ............................................................................ 27 III.3 NIVEAU DE TENSION DU RESEAU.............................................................................................. 28 III.4 VARIATION DE L’IMPEDANCE DU RESEAU .................................................................................. 28 III.5 CREUX DE TENSION ET TENUE DES SYSTEMES PV .................................................................... 29 III.6 PRESENCE DE COMPOSANTE CONTINUE ET D’HARMONIQUES DE TENSION .................................. 30 III.7 SIGNAUX TARIFAIRES .............................................................................................................. 30 III.8 INTER HARMONIQUES.............................................................................................................. 30 IV. PISTES DE RECHERCHE ET PRECONISATIONS................................................................ 31 IV.1 AVANT-PROPOS...................................................................................................................... 31 IV.2 PRECONISATIONS POUR LE CADRE REGLEMENTAIRE DU RACCORDEMENT DU PV AU RESEAU ...... 31 ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 5 sur 64 Avril 2010 IV.2.1 Unicité des textes de référence................................................................................... 31 IV.2.2 Harmonisation des réglages des seuils tension et fréquence des protections types B1, B2 et VDE 32 IV.2.3 Prise en compte des caractéristiques des moyens de production dans la rédaction des textes contractuels et réglementaires...................................................................................................... 34 IV.2.4 Distinction entre onduleurs avec/sans transformateur sur les aspects sécurité ......... 34 IV.2.5 Taux d’harmoniques de courant en BT ....................................................................... 34 IV.2.6 Prise en compte des capacités de production lors des études de création de réseaux BT 35 IV.3 PRECONISATIONS POUR L’ELABORATION D’UN CAHIER DES CHARGES POUR LES ONDULEURS ...... 35 IV.3.1 Avant-propos ............................................................................................................... 35 IV.3.2 Préconisations vis-à-vis des impacts du PV sur le RPD ............................................. 36 IV.3.2.1 Elévation du niveau de tension.............................................................................................36 IV.3.2.2 Bosses de tension ................................................................................................................38 IV.3.2.3 Variation rapide de la puissance de l’onduleur .....................................................................38 IV.3.2.4 Harmoniques de courants.....................................................................................................38 IV.3.2.5 Injection de courant continu..................................................................................................39 IV.3.2.6 Courant de court-circuit.........................................................................................................40 IV.3.2.7 Tension résiduelle côté AC...................................................................................................40 IV.3.2.8 Perturbations entre onduleurs...............................................................................................41 IV.3.2.9 Déséquilibre entre phases ....................................................................................................41 IV.3.3 Préconisations vis-à-vis des impacts du RPD sur les installations PV ....................... 42 IV.3.3.1 Réseaux de distribution et régime de neutre ........................................................................42 IV.3.3.2 Courant de fuite et protection différentielle ...........................................................................43 IV.3.3.3 Surveillance de perte du réseau amont sur critère d’impédance ..........................................44 IV.3.3.4 Tenue aux creux de tension..................................................................................................44 IV.3.3.5 Harmoniques de tension, inter-harmoniques ........................................................................45 IV.3.3.6 Signaux tarifaires ..................................................................................................................45 IV.3.4 Autres préconisations.................................................................................................. 46 IV.3.4.1 Présence de tension résiduelle côté DC...............................................................................46 IV.3.4.2 Risque d'îlotage ....................................................................................................................46 IV.3.4.3 Absorption/production de puissance réactive .......................................................................47 IV.3.4.4 Surfréquence ........................................................................................................................48 IV.3.4.5 Ecrêtage des pointes de consommation...............................................................................48 IV.3.4.6 Fonctionnement en mode secouru .......................................................................................49 IV.3.4.7 Etiquetage des onduleurs .....................................................................................................49 CONCLUSION....................................................................................................................................... 51 REFERENCES ...................................................................................................................................... 55 GLOSSAIRE.......................................................................................................................................... 58 ANNEXES ............................................................................................................................................. 59 ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 6 sur 64 Avril 2010 Préambule Le présent document est le fruit d’un travail collaboratif réalisé dans le cadre d’un projet de recherche cofinancé par l’ADEME : le projet ESPRIT (Etudes Scientifiques Prénormatives sur le Raccordement au réseau des Installations Techniques photovoltaïques) ; il est relatif au raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution. Le projet ESPRIT, d’une durée de 3 ans, rassemble au sein du même consortium les partenaires suivants : • CEA – INES • EDF – R&D • TRANSENERGIE • HESPUL • IDEA • INPG - G2ELAB Les objectifs de ce projet sont de palier aux carences du cadre réglementaire et technique français relatif au raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution. Il vise par ailleurs à apporter des réponses aux situations de défaut de fonctionnement des installations rencontrées sur le terrain par certains gestionnaires de réseau et certains producteurs photovoltaïques, notamment les phénomènes de découplage des onduleurs. Ce document présente la synthèse des premiers travaux réalisés par les membres du consortium du projet ESPRIT et contient : • Un résumé des interactions entre les installations photovoltaïques et les réseaux publics de distribution, • Une liste de recommandations pour pallier aux manques et aux incohérences de la réglementation française, • Enfin, la définition d’un cahier des charges (liste de préconisations) contenant l’ensemble des exigences auxquelles doivent se conformer les onduleurs raccordés à un réseau public de distribution. ESPRIT Raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution électrique à basse tension V24 Page 7 sur 64 Avril 2010 Cadre du document Ce document traite des installations de production photovoltaïques (PV), monophasées ou triphasées, raccordées via des onduleurs au réseau public de distribution électrique (RPD) à basse tension (BT). Son champ d’action se limite à la France continentale, et ne traite pas des réseaux insulaires (Corse, DOM …). Introduction On assiste en France, depuis la publication de l’arrêté du 10 juillet 2006 relatif aux conditions d’achat de l’énergie produite par les installations photovoltaïques, à une croissance importante des demandes de raccordement des installations photovoltaïques au réseau public de distribution, comme le montre la Figure 1. La filière photovoltaïque, dont le développement est soutenu par les pouvoirs publics (lutte contre le changement climatique, augmentation de la part des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique, soutien de la filière industrielle, …) possède des caractéristiques spécifiques : • La puissance de production des installations varie de quelques kW uploads/s3/esprit-raccordement-centrales-pv-au-rpdbt.pdf