Quand une centrale solaire ou éolienne se raccorde loin des grands centres de consommation, elle peut se trouver sur une partie du réseau où la tension varie sensiblement avec les injections et les perturbations. Cette situation, souvent qualifiée de réseau « faible », concerne notamment des zones éloignées ou des territoires insulaires. Elle complique l’intégration de nouvelles capacités renouvelables, car les onduleurs classiques ont besoin d’un réseau suffisamment stable pour se synchroniser. Les onduleurs formateurs de réseau, ou grid-forming, apportent une autre manière de participer au fonctionnement du système électrique.
Un réseau faible se caractérise notamment par une puissance de court-circuit réduite au point de raccordement, rapportée à la puissance de l’installation. Ce ratio, parfois appelé rapport de court-circuit, donne un indice de la sensibilité du réseau, mais ne suffit pas à résumer toutes ses propriétés. La longueur des lignes, la configuration des équipements et la présence d’autres convertisseurs influencent également le comportement observé. Il faut aussi distinguer cette faiblesse électrique d’un manque d’inertie : les deux phénomènes peuvent se cumuler, mais ils ne décrivent pas la même contrainte.
La plupart des onduleurs raccordés au réseau fonctionnent en mode suiveur. Ils mesurent la tension existante et s’y synchronisent, puis injectent le courant demandé par leur commande. Lorsque la tension est perturbée ou que plusieurs convertisseurs interagissent, cette synchronisation peut devenir plus délicate. Un onduleur formateur fonctionne autrement : sa commande établit une référence de tension et de fréquence, au lieu de dépendre entièrement d’une référence déjà présente. Il peut ainsi contribuer à stabiliser localement le réseau et faciliter le raccordement de productions renouvelables dans des zones où le réseau est peu robuste.
Cette capacité ne signifie pas que l’onduleur fournit automatiquement une réserve d’énergie. Pour augmenter temporairement sa puissance active et soutenir la fréquence, il lui faut une marge de production disponible ou une source d’énergie pilotable, par exemple une batterie. Sans cette réserve, sa contribution porte surtout sur le comportement électrique et la régulation de la tension, dans les limites de sa puissance apparente. Les convertisseurs doivent aussi respecter des limites de courant, notamment lors d’un défaut. Leur réponse aux courts-circuits peut différer de celle des machines synchrones, ce qui oblige à vérifier la coordination des protections et les méthodes de détection des défauts.
La mise en œuvre demande donc une étude du système complet, et pas seulement le choix d’un équipement présenté comme formateur. Les réglages de commande, les délais de communication éventuels, les protections et les interactions entre appareils de différents fabricants peuvent influer sur la stabilité. Des simulations électromagnétiques détaillées sont souvent nécessaires, complétées par des essais adaptés aux conditions de raccordement. Le gestionnaire de réseau doit également définir les services attendus : soutien de tension, réponse en fréquence, fonctionnement en réseau isolé ou capacité de reprise après incident. Les exigences varient selon le réseau et ne se déduisent pas d’une valeur unique de puissance de court-circuit.
Les onduleurs formateurs élargissent ainsi les options pour intégrer les énergies renouvelables dans des réseaux peu robustes, mais leur contribution dépend des ressources disponibles et de la qualité de leur coordination. Ils ne remplacent ni le renforcement des lignes lorsque celui-ci est nécessaire, ni une capacité de stockage ou de production mobilisable pour fournir de l’énergie. Pour les décideurs, l’enjeu est de préciser les services système recherchés et de les vérifier dans des études et des essais représentatifs. C’est à cette condition que cette technologie peut améliorer la flexibilité sans déplacer les difficultés vers la protection ou l’exploitation du réseau.
