Finissant au doctorat en ingénierie, Frédérick Munger, a effectué sa soutenance de thèse le 30 avril 2026. Sous la direction de recherche de Stephan Brettschneider (UQAC), et la codirection d’Issouf Fofana (UQAC), sa thèse a pour titre «Contribution à la protection des réseaux électriques modernes à forte pénétration de sources d’énergie renouvelable raccordées au moyen d’onduleurs».
Sous la présidence de Mohand Ouhrouche (UQAC), le jury d’évaluation était composé de Fethi Meghnefi (UQAC) et de Mamadou Lamine Doumbia (UQTR)
Résumé de la thèse
La transition énergétique transforme les réseaux électriques, en particulier avec l’intégration croissante de sources d’énergie renouvelable raccordées au moyen d’onduleurs (SERMO). Ces sources, dominées au Québec par les éoliennes de type 3 et 4, possèdent un comportement fondamentalement différent des générateurs synchrones traditionnels. Leur faible contribution aux courants de court-circuit, leur contrôle électronique complexe, la variabilité de leur production et la nature non conventionnelle de leurs courants de séquence rendent plus difficile le bon fonctionnement des protections de distance. Les méthodes de protection classiques utilisées dans les réseaux ne sont plus pleinement adaptées à cette nouvelle réalité. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est de contribuer à garantir la sécurité et la fiabilité des réseaux électriques en veillant à ce que leurs systèmes de protection demeurent adaptés aux récentes évolutions. Cette problématique est abordée à travers une démarche originale, reposant sur une validation expérimentale approfondie du comportement réel des relais commerciaux à partir de centaines de défauts reproduits en laboratoire.
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Le premier sous-objectif consiste à modéliser avec précision le réseau réel de la péninsule de la Gaspésie et du Bas-Saint-Laurent. Un modèle détaillé a été développé sous ETAP et EMTP, incluant les lignes de transport, les transformateurs, les charges saisonnières et l’ensemble des parcs éoliens installés dans les régions étudiées. Des efforts particuliers ont été consacrés à la modélisation dynamique des éoliennes de type 3 et 4, notamment à travers la sélection des modes de contrôle, de la tenue à basse tension, des exigences de puissance réactive, ainsi que du comportement des convertisseurs lors des défauts. Les modèles ont été validés à partir des connaissances issues de la littérature, assurant leur représentativité pour les études de protection.
Le second sous-objectif de cette recherche est de déterminer expérimentalement les limites de performance des protections actuelles. Pour ce faire, un banc d’essai a été conçu afin d’injecter dans des relais commerciaux des signaux analogiques issus de plus de 700 événements transitoires. Cinq lignes de topologies différentes ont été étudiées. Les rapports d’événements obtenus ont été analysés en profondeur. Sept raisons de mauvaises opérations ont été identifiées, classifiées et quantifiées. Elles sont notamment dues à un courant de court-circuit insuffisant, à un aveuglement de l’impédance mesurée, à une mauvaise identification du type de défaut, à des blocages de directionnalité causés par une contribution de séquence inverse non conventionnelle, à des problèmes de polarisation liés aux variations de fréquence, ainsi qu’à une mauvaise identification de ligne ouverte. Plusieurs de ces phénomènes sont peu ou pas traités dans la littérature, soulignant l’importance de cette étude expérimentale.
Le troisième et dernier sous-objectif consiste à proposer des solutions adaptées aux réseaux à forte pénétration de SERMO, puis à les valider expérimentalement. Les améliorations envisagées ont été regroupées en trois catégories : améliorer les réponses des protections actuelles ; développer de nouveaux principes et stratégies ; et apporter des modifications à d’autres parties du réseau. Une analyse comparative des schémas de téléaccélération et de téléblocage a montré que la téléaccélération combinée à une détection de source faible offre les meilleures performances. D’autres stratégies ont été étudiées : adoption d’éléments quadrilatéraux (QUAD) pour mieux détecter les défauts résistifs ; implantation de l’autopolarisation avec une nouvelle logique de déclenchement; utilisation du contrôle à séquences découplées pour augmenter la contribution en séquence inverse ; et ajout d’une seconde protection plus sensible pour les périodes de très faible production. Enfin, des essais combinant plusieurs de ces stratégies ont montré une amélioration notable de la sécurité des systèmes de protection.
En conclusion, les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’adapter efficacement les protections de distance existantes sans remplacer entièrement les systèmes actuels. Des ajustements ciblés, fondés sur une compréhension approfondie des phénomènes propres aux convertisseurs et validés par des essais pratiques, permettent d’assurer une protection fiable dans les réseaux modernes. Par son approche expérimentale et par le développement de nouvelles solutions adaptées aux réseaux à forte pénétration de SERMO, cette thèse apporte une contribution significative au domaine de la protection de lignes. Elle améliore non seulement la compréhension des comportements non conventionnels associés aux convertisseurs, mais propose également des mesures concrètes et applicables pour soutenir l’intégration sécuritaire des énergies renouvelables et accompagner l’évolution des réseaux électriques.
Félicitations à Frédérick Munger pour la soutenance de sa thèse de doctorat!
