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Glossaire · Secteur de l’énergie & transition énergétique

Onduleur grid-following

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Un onduleur grid-following (en allemand « netzfolgender Wechselrichter ») a besoin, pour fonctionner, d'un réseau à courant alternatif existant comme référence. Il mesure la tension du réseau, en déduit la fréquence et la position de phase, puis injecte un courant adapté à ce signal. Le terme ne désigne pas une source d'énergie, mais un mode de régulation de l'électronique de puissance. Un onduleur d'une installation photovoltaïque, d'un stockage par batterie, de nombreuses éoliennes ou de convertisseurs industriels peut fonctionner en mode grid-following. La tension et la fréquence du réseau sont alors régulées par d'autres équipements situés en dehors de l'appareil.

Fonctionnement

Vu de l'extérieur, un onduleur grid-following se comporte comme une source de courant régulée et non comme une source de tension. La régulation comporte généralement plusieurs niveaux. Une boucle à verrouillage de phase (Phase-Locked Loop, PLL) estime en continu l'angle de phase et la fréquence à partir de la tension au point de raccordement. Avec cet angle comme référence, la régulation convertit les consignes de puissance active et de puissance réactive en deux composantes de courant. Un régulateur de courant rapide établit ces courants. Pour les stockages et le photovoltaïque s'ajoute le plus souvent un régulateur de la tension du circuit intermédiaire à courant continu. Une image : l'onduleur ne donne pas lui-même la cadence de la danse, il écoute attentivement la musique du réseau et adapte ses pas en conséquence.

Il n'existe pas d'unité de mesure propre au terme « grid-following ». Pour les spécialistes, comptent la puissance assignée en kilowatts ou en mégawatts, le niveau de tension, les plages admissibles de fréquence et de tension, les temps de réaction de la régulation et la force du nœud du réseau. Cette force est souvent décrite par le rapport de court-circuit (Short Circuit Ratio, SCR). Il met en rapport la puissance de court-circuit au point de raccordement et la puissance assignée de l'installation raccordée. Plus cette valeur est faible, plus la tension mesurée fluctue avec le courant injecté. Il devient alors plus difficile pour la PLL et la régulation de courant de conserver une référence stable et univoque.

Distinction avec les onduleurs grid-forming

La notion voisine la plus importante est l'onduleur grid-forming, l'onduleur formant le réseau. Il régule lui-même sa tension de sortie en amplitude, fréquence et phase et se comporte, vu de l'extérieur, comme une source de tension. Beaucoup de définitions supposent qu'il n'a pas besoin pour cela d'une PLL comme référence principale. Dans la littérature spécialisée, l'onduleur grid-following est donc aussi qualifié de « suiveur de tension et formateur de courant », l'onduleur grid-forming de « formateur de tension et suiveur de courant ». Le point décisif est donc la grandeur directrice : si l'onduleur suit une tension extérieure, il fonctionne en mode grid-following. S'il fournit lui-même la référence de tension, il fonctionne en mode grid-forming.

Il en découle une limite stricte : si la tension du réseau disparaît complètement, la PLL ne trouve plus d'angle de phase. Un onduleur grid-following ne peut alors ni constituer un réseau îloté ni soutenir un démarrage autonome (black start). Pour la capacité de démarrage autonome, il faut des installations grid-forming ou des machines synchrones. À distinguer de cela, le terme « onduleur raccordé au réseau » indique seulement qu'un appareil est connecté au réseau ; il peut être grid-following, grid-forming ou une forme mixte. De même, « smart inverter » n'est pas une distinction technique. Ce terme désigne le plus souvent des fonctions étendues de communication et de soutien et ne dit rien de la grandeur directrice de la régulation.

Pourquoi ce mode de fonctionnement a longtemps bien fonctionné

Dans le réseau interconnecté européen, de grands générateurs synchrones ont façonné pendant des décennies la tension et la fréquence. Leurs masses tournantes, leurs systèmes d'excitation et leurs propriétés électromagnétiques fournissaient une référence robuste. Dans un réseau aussi fort, il est techniquement naturel et économique qu'une installation photovoltaïque ou un stockage mesure le signal existant et y aligne son courant. La plupart des installations couplées par convertisseur exploitées aujourd'hui fonctionnent en mode grid-following. Selon des instances spécialisées nord-américaines, cela inclut les installations éoliennes et photovoltaïques courantes, les producteurs décentralisés, la plupart des stockages par batterie et de nombreuses installations HVDC et STATCOM.

Les règles de raccordement ont elles aussi évolué. Autrefois, de nombreuses petites installations devaient se déconnecter du réseau en cas d'écarts de fréquence ou de tension. Aujourd'hui, les règles de raccordement, par exemple le règlement (UE) 2016/631 (Requirements for Generators, RfG) pour les installations de production d'électricité, exigent, selon le type d'installation, notamment le maintien en fonctionnement lors de défauts, l'adaptation de la puissance en fonction de la fréquence et des contributions au maintien de la tension.

Limites en cas de forte part de convertisseurs

Lorsque de plus en plus de puissance est injectée via l'électronique de puissance et que moins de générateurs synchrones sont connectés au réseau, la situation change. Il y a alors moins d'équipements qui imposent la tension et la fréquence de manière physiquement inerte et autonome. L'onduleur grid-following pris isolément reste rapide et bien régulable. La question se déplace toutefois vers la stabilité de la référence commune que de nombreux appareils suivent simultanément. Lors d'un creux de tension, d'un saut de phase ou d'une variation rapide de fréquence, la PLL peut brièvement perdre sa référence. Des instances spécialisées en Amérique du Nord ont décrit de tels cas, lors d'analyses de perturbations, comme cause de réductions de puissance ou de déclenchements inattendus. Dans les réseaux faibles, la PLL et le régulateur de courant peuvent en outre interagir avec l'impédance du réseau et avec les convertisseurs voisins et provoquer des oscillations. C'est un sujet relevant de la stabilité aux petits signaux.

Un autre point est le courant de défaut. Lors d'un court-circuit, un générateur synchrone fournit brièvement un multiple de son courant nominal. Les convertisseurs à semi-conducteurs, eux, limitent leur courant pour protéger les composants, typiquement à des valeurs proches du courant assigné. Cela vaut aussi bien pour les appareils grid-following que grid-forming. Pour les concepts de protection qui dépendent de courants de court-circuit élevés, c'est une condition limite importante.

Malentendus typiques

  • « Grid-following signifie instable » : c'est inexact. Dans les réseaux forts, les onduleurs grid-following fonctionnent de manière fiable et ont rendu possible l'intégration de grandes quantités d'injection renouvelable. Les problèmes surviennent surtout lorsque l'environnement du réseau ne correspond plus aux hypothèses pour lesquelles la régulation a été conçue.

  • « Grid-following signifie passif » : c'est faux. Les appareils grid-following peuvent limiter la puissance active, réguler la puissance réactive, adapter la puissance en cas d'écarts de fréquence et traverser des défauts. Leur limite n'est pas un manque de régulabilité, mais la dépendance à une référence de tension externe.

  • « Un soutien rapide de la fréquence remplace l'inertie » : ce n'est que partiellement vrai. Les onduleurs grid-following peuvent fournir une réponse de puissance rapide en fonction de la fréquence, si de l'énergie est disponible. Ils doivent toutefois d'abord mesurer la variation de fréquence et réagissent donc avec un certain retard. Ils ne reproduisent pas de la même manière la réserve instantanée d'une machine synchrone, c'est-à-dire sa contribution à l'inertie du système, qui agit immédiatement. Les régulations grid-forming s'en rapprochent davantage.

  • « Beaucoup de puissance installée signifie beaucoup d'effet de soutien » : les mégawatts seuls disent peu. Comptent aussi le comportement de régulation, la contribution au courant de défaut, la force du réseau au point de raccordement au réseau et le concept de protection. Un mégawatt dans un poste de transformation fort agit différemment dans le système qu'un mégawatt sur un départ rural faible.

Cadre réglementaire dans l'UE (état : novembre 2026)

Dans l'UE, le règlement (UE) 2016/631 continue pour l'instant de s'appliquer au raccordement des installations de production au réseau. Il ne contient pas d'obligation générale de capacité grid-forming. La Commission européenne a publié le 8 juillet 2026 le projet d'un règlement successeur, le « RfG 2.0 ». Il s'appuie sur la recommandation de l'ACER de 2023, inclut expressément les stockages et prévoit des exigences relatives aux capacités grid-forming. La consultation publique a duré jusqu'au 25 août 2026. La question de savoir si une obligation sera instaurée, et avec quels seuils, délais transitoires et classes d'installations, ne sera tranchée qu'avec la version définitivement adoptée. Suivra ensuite la transposition dans les règles nationales de raccordement, en Allemagne par exemple via les règles techniques de raccordement des gestionnaires de réseau. Pour les installations existantes et les projets en cours, les exigences actuelles continuent de s'appliquer d'ici là.

Importance pour les gestionnaires de réseau et les exploitants d'installations

Le fait qu'un onduleur soit exploité en mode grid-following ou grid-forming n'est pas décidé par l'appareil seul. Les règles de raccordement, les normes, la certification et la rémunération déterminent quelles fonctions sont exigées et rémunérées. Les gestionnaires de réseau de transport et les gestionnaires de réseau de distribution doivent évaluer quelle quantité de puissance grid-following une zone du réseau peut absorber de manière stable, quels concepts de protection conviennent et où des équipements grid-forming ou des machines synchrones sont nécessaires. Pour les stockages par batterie, cela apparaît particulièrement clairement. Un stockage peut souvent passer d'un mode de fonctionnement à l'autre par logiciel. Le fonctionnement grid-forming exige cependant aussi des réserves en capacité de charge en courant et en contenu énergétique. Le matériel doit donc être dimensionné en conséquence. L'onduleur grid-following reste ainsi une notion clé pour un réseau dominé par les convertisseurs : il injecte très précisément tant qu'une référence de réseau fiable existe. Plus sa part est grande, plus la force du réseau, la coordination des régulations et la fourniture de fonctions grid-forming doivent être planifiées avec soin.

Sources

Autres entrées du glossaire

Edited by eCMS on 12.11.2026 05:05

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