Les réseaux électriques traditionnels sont alimentés par des générateurs synchrones rotatifs entraînés par des turbines à vapeur ou à gaz qui utilisent des combustibles fossiles. Ces générateurs produisent une tension alternative à 50 Hz (50 cycles par seconde). Le niveau de tension produit par le générateur dépend du point où celui-ci est connecté et de sa puissance. Il incombe aux générateurs et à l'opérateur du réseau (en France, le Réseau de Transport d'Électricité, généralement appelé RTE) de veiller à ce que les niveaux de tension et de fréquence soient régulés lors de perturbations mineures ou majeures du réseau. L'Union européenne vise à réduire la dépendance aux combustibles fossiles en augmentant la production d'énergie renouvelable à 45 % en 2030, contre 25 % en 2024. Cependant, ces sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires photovoltaïques et les éoliennes, sont connectées au réseau électrique à l'aide de convertisseurs de puissance statiques appelés onduleurs connectés au réseau. Les générateurs rotatifs sont capables de stocker de l'énergie cinétique pendant leur fonctionnement, et cette énergie fournit une inertie au réseau électrique. En cas de déséquilibre entre la production et la demande d'électricité, l'effet d'inertie a un effet stabilisateur qui permet de maintenir l'équilibre énergétique et donc de réguler la fréquence du réseau. Les convertisseurs de puissance statiques utilisés pour injecter l'énergie renouvelable dans le réseau n'ont aucune inertie de rotation.

L'un des principaux défis liés à une plus grande pénétration des énergies renouvelables réside dans la perte d'inertie rotationnelle du réseau. La pénétration accrue des sources d'énergie renouvelables entraînera l'apparition d'un nombre croissant d'onduleurs connectés au réseau sans inertie, incapables de stabiliser le réseau en cas de perturbation importante. Un réseau à faible inertie rotationnelle subit des fluctuations de fréquence plus importantes, ce qui peut entraîner des problèmes graves tels que des pannes généralisées. Un autre défi est le comportement de suivi du réseau (similaire à celui d'un esclave) des onduleurs connectés au réseau électrique, qui se contentent de suivre la tension et la fréquence du réseau (qui agit comme le maître pour l'esclave). Le problème ici est que lorsque le réseau (le maître) est perturbé ou instable, l'onduleur qui le suit (l'esclave) se contente de le suivre et l'ensemble du réseau devient instable ! Il est donc nécessaire d'introduire de nouveaux systèmes de contrôle avancés pour ces onduleurs. Les onduleurs formant réseau (appelé « grid-forming inverters » en anglais) sont des onduleurs connectés au réseau avec une stratégie de contrôle différente qui élimine le « comportement esclave » et est capable de fournir un comportement de formation de réseau et une contribution à l'inertie du réseau.

Les onduleurs formant réseau sont capables de fournir une inertie virtuelle à l'aide d'un système de stockage d'énergie électrique tel que des super-condensateurs ou des batteries, ou encore en déchargeant les sources d'énergie renouvelables. De plus, ils se comportent comme une source de tension qui influence la tension et la fréquence du réseau, contrairement au comportement de source de courant des onduleurs suivant le réseau. Par conséquent, les futurs réseaux électriques à forte pénétration d'énergies renouvelables devront disposer d'un plus grand nombre d'onduleurs formant réseau, et les contrôleurs des onduleurs suivant le réseau existant devront être rendus plus résistants aux perturbations des réseaux électriques.

Remerciements : L'auteur est maître de conférences à Centrale Nantes et tient à remercier la région Pays de la Loire qui a apporté un soutien financier à ses recherches en cours au Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N) dans le cadre du dispositif PULSAR.