L’augmentation de la proportion d’énergie renouvelable sur le réseau électrique amène de nouveaux défis dans le domaine des réseaux électriques dont notamment la détection de l’îlotage non-intentionnel. Il s’agit de la situation pendant laquelle une partie du réseau de distribution, bien que déconnectée du réseau global après l’ouverture d’une protection, reste alimentée par la production locale. Ce phénomène, autrefois improbable, engendre de nombreux problèmes car la fréquence et la tension dans l’îlot ne sont plus imposées par le réseau global et deviennent donc incontrôlées. La probabilité d’apparition de ce phénomène semble augmenter du fait de l’insertion grandissante de la proportion de production renouvelable sur le réseau. De plus, de nouvelles réglementations tendent à élever le seuil de fréquence des protections de découplage, augmentant ainsi la probabilité que les producteurs ne détectent pas de situation anormale. Les travaux dans le cadre de cette thèse sont une contribution à une meilleure compréhension globale de ce phénomène et à sa détection. Des expériences en laboratoire ont été menées et ont notamment permis de prouver l’existence du phénomène. Ensuite, une étude de données réelles a permis de définir la durée typique de présence tension après l’ouverture d’une protection en tête de départ HTA sur lequel se trouvent des installations de production. Deux cas d’étude sont ensuite présentés. Le premier consiste à analyser la probabilité qu’un défaut monophasé sur la HTA ne soit pas détecté par la production en BT. Le second concerne des simulations numériques et montre l’impact du modèle de charge sur le comportement de l’îlotage non-intentionnel. La troisième étape de ces travaux concerne l’analyse de l’impact de nouvelles régulations dans les onduleurs photovoltaïques sur la taille de la zone de non-détection des protections de découplage. Enfin, la dernière partie présente une étude de l’impact de la dispersion naturelle des réglages des protections de découplage sur le comportement du système électrique, lors d’un événement de grande ampleur. / A high penetration of distributed generators (DGs) on the electrical networks brings new challenges for distribution system operators (DSO). Unintentional islanding is one of them; it is a situation when a part of the network is disconnected from the main grid but remains supplied by local generation. Though this was unlikely to occur before, the likelihood of this situation seems to increase with a higher penetration of DGs, and it leads to several issues since the frequency and the voltage in the island are not governed by the main grid anymore. Moreover, new requirements tend to increase the upper frequency threshold of the interface protection to prevent a system wide event. This could lead to an increase of the likelihood of undetected islanding. This thesis is a contribution to a better understanding of this phenomenon and its detection. First, laboratory experiences were conducted to prove its existence. Then, real data have been analyzed in order to define the typical duration of voltage presence after the trip of a protection feeder. Two case studies are introduced in the next part. The first one consists in assessing the likelihood of a single-phase fault on medium voltage networks that would generally not be detected by low voltage (LV) generation. The second one concerns numerical simulations and shows the impact of the load model on the frequency behavior of the island. The third part of this work assesses the impact of new regulations in the photovoltaic inverters on the non-detection zones of interface protections. Finally, the last part introduces a study regarding the impact of the natural dispersion of interface protection settings on the stability of an electrical system when a system wide event occurs.

Un ilot non-intentionnel peut se former lorsque d’une petite partie du réseau est déconnectée du reste du système électrique, et continue pourtant de fonctionner à l’insu du gestionnaire de réseau en raison de la présence de générateurs locaux. Cet événement n’est pas voulu : le comportement des ilots n’est pas maitrisé, ce qui entraîne des risques potentiels pour les personnes et équipements électriques. L’ilotage non-intentionnel est un phénomène complexe et mal connu, aujourd’hui considéré comme rare, mais dont la probabilité d’apparition tend actuellement, a priori, à s’accroître progressivement. Cet accroissement est dû à l’effet conjugué de plusieurs phénomènes : premièrement, le développement des installations de production de petite et moyenne puissance, raccordées directement au réseau de distribution ; deuxièmement, l’élargissement des seuils de détection qui sont utilisés dans leurs protections de découplage ; et troisièmement, l’implémentation dans ces installations d’automatismes de régulation de puissance active et réactive. Dans ce contexte, la chaire industrielle Smartgrid d’Enedis a financé ces travaux de thèse afin de mieux caractériser ces phénomènes d’ilotage et d’améliorer leur détection.Afin d’atteindre ces objectifs, une première priorité de la thèse a été d’améliorer la compréhension des ilots non-intentionnels au travers d’une approche analytique. Celle-ci a notamment permis la résolution formelle d’un modèle simple capable d’expliquer le comportement en fréquence d’un îlot. Ces résolutions ont été enrichies par de nombreuses expérimentations en laboratoire et par des simulations numériques. Les modèles ont fait l’objet d’une étude bibliographique approfondie, notamment pour le choix des modèles de charge.Une seconde priorité de la thèse a été d’estimer l’efficacité des méthodes passives de détection d’ilotage au travers du calcul de la zone de non-détection (ZND). L'influence de plusieurs charges sur la ZND a été analysé, ce qui a permis d’améliorer la compréhension du phénomène complexe que sont les ilots non-intentionnels. L’efficacité des nouvelles protections anti-ilotage utilisant des seuils sur la dérivée en fréquence (ROCOF) a aussi fait l’objet d’évaluations approfondies. Enfin, les méthodes de calcul de ZND ont été améliorés par rapport aux méthodes préexistantes, ce qui a permis de radicalement améliorer l’estimation faite de l'impact des nouvelles régulations de puissance P(f) et Q(U). / Unintentional islands might appear when a subpart of the grid is disconnected from the power system and keeps working because of local generation. These events are unwanted: their behavior is not controlled and leads to potential risks for people and for electric equipment. Unintentional islanding is a complex phenomenon and badly understood. Nowadays it is considered to be rare, but a priori its occurrence probability is currently steadily increasing. This rising is the consequence of several phenomena: firstly, the development of distributed generation of small and average size directly connected to the distribution grid; secondly, the enlargement of frequency thresholds used by isolating protections; and thirdly, the implementation of power regulations of active and reactive power in the generation unit. Within this context, the Smart Grid chair of Enedis financed this PhD thesis in order to better characterize these islanding phenomena and to improve their detection.To achieve these targets, a first priority of the PhD was to improve the comprehension of unintentional islanding through symbolic calculation. This approach makes it possible to solve a simple model and to explain the evolution of the frequency during an island. These results are completed with several laboratory experiments and by numeric simulations. Models are designed based on a thorough bibliography, in particular for load modeling.A second priority of the PhD was to estimate the efficiency of anti-islanding protections through the computation of non-detection zone (NDZ). The impact of several loads on the NDZ is analyzed to improve the understanding of unintentional islanding, which is a complex phenomenon. The efficiency of new anti-islanding protections using thresholds on the rate of change of frequency (ROCOF) is also thoroughly evaluated. It is shown that the computation method used by the protection plays a key role. At last, the calculation methods of the NDZ is improved regarding previous methods. Among other things, it allows to radically change the estimations of the impact of new power regulations P(f) and Q(U).

L'objectif de ce travail est, partant des analyses des impacts des Générations d'Energie Dispersée (GED) dans les<br />réseaux électriques, de proposer une nouvelle méthodologie de gestion des situations critiques du système à fort<br />taux de pénétration de production décentralisée. Cette nouvelle méthodologie s'appuie sur le concept d'îlotage<br />intentionnel à multiples niveaux de tension à l'aide des GED. L'idée développée a été d'intégrer de nouveaux<br />modes d'exploitation des GED aux plans d'actions du système électrique, ceci en cas de grande perturbation et<br />même de panne d'électricité à grande échelle, en utilisant différentes techniques d'optimisation multi-objectifs<br />sous contraintes à multi-niveaux de tension. Cette méthode a été appelé Deep Build Together pour considérer<br />une reconstruction simultanée du système dans les deux sens descendent et ascendant : du transport vers la<br />distribution et de la distribution vers le transport. Grâce à cela, lors d'un incident généralisé, beaucoup de clients<br />pourront être réalimentés plus tôt (notamment les clients prioritaires) et la durée de la reconstitution du système<br />sera réduite. Plusieurs aspects techniques ont été analysés pour justifier la faisabilité de cette méthodologie. Une<br />comparaison paramétrique, en fonction du taux de pénétration de GED, entre la nouvelle stratégie Deep Build<br />Together et celle qui est actuellement utilisée, a permis une première validation de cette nouvelle stratégie de<br />gestion des situations critiques.