La réponse dynamique en fréquence modifie automatiquement la puissance active en fonction de la fréquence mesurée du réseau. Une batterie, un groupe de production ou une charge pilotable mesure la fréquence à son point de raccordement, calcule une consigne de puissance selon la courbe du service et ajuste sa puissance en continu tant que la fréquence s'écarte de la valeur nominale.
Chaque gestionnaire de réseau définit ses services, courbes de réponse, essais et règles de règlement. Cet article prend pour cas pratique les services de Grande-Bretagne de National Energy System Operator (NESO), puis compare les valeurs européennes, irlandaises et australiennes.
Pourquoi la réponse en fréquence est nécessaire
La fréquence baisse quand la production est inférieure à la demande et monte dans le cas inverse. Une faible inertie du système amplifie et accélère l'écart de fréquence après une même perte de production : c'est la situation que le service DC vise. En Grande-Bretagne, la licence de NESO lui impose de maintenir la fréquence à 50 Hz ±1 % (49,5 à 50,5 Hz) ; son exploitation vise une bande plus étroite de ±0,2 Hz. En Europe continentale, la ligne directrice sur l'exploitation du réseau (règlement (UE) 2017/1485, annexe III) fixe une plage standard de ±50 mHz, un écart maximal en régime permanent de 200 mHz et un écart instantané maximal de 800 mHz. L'Irlande et l'Irlande du Nord forment une zone synchrone plus petite, avec des limites plus larges : ±200 mHz, 500 mHz et 1 000 mHz.
Les anciens termes primaire, secondaire et tertiaire correspondent aux termes ENTSO-E : réserve de stabilisation de la fréquence (FCR), réserve automatique de restauration de la fréquence (aFRR) et réserve manuelle de restauration de la fréquence (mFRR). La réserve de remplacement (RR), activée manuellement et plus lente, permet à certains GRT de libérer les réserves aFRR et mFRR. La FCR réagit à la fréquence locale. En Europe continentale, elle doit être entièrement activée en 30 s pour un écart de ±200 mHz, avec une insensibilité et une bande morte combinées de 10 mHz au plus (annexe V). L'aFRR et la mFRR ne réagissent pas à la fréquence locale : elles suivent une consigne du GRT. Leurs produits standard européens prévoient des délais d'activation complète de 5 minutes et 12,5 minutes.
Services dynamiques en Grande-Bretagne
NESO achète trois services de réponse dynamique. Chacun fait l'objet d'un achat distinct pour la sous-fréquence et la surfréquence.
| Service | Délai maximal avant début de réponse | Délai maximal pour la fourniture complète | Durée de fourniture | Rôle |
|---|---|---|---|---|
| Dynamic Containment (DC) | 0,5 s | 1 s | 15 minutes | Après incident |
| Dynamic Moderation (DM) | 0,5 s | 1 s | 30 minutes | Avant incident |
| Dynamic Regulation (DR) | 2 s | 10 s | 60 minutes | Avant incident |
Source : exigences techniques des services dynamiques de NESO et guide des fournisseurs v14, juin 2026.
Une unité doit proposer au moins 1 MW et au plus 100 MW, en MW entiers. Les contrats portent actuellement sur des blocs EFA de quatre heures. Chaque unité doit pouvoir recevoir de NESO une instruction de désarmement et de réarmement. L'agrégation est permise pour des actifs situés dans le même groupe GSP. Le programme de réforme de NESO propose des fenêtres de service de 30 minutes à la place des blocs EFA, ainsi qu'un délai de réponse de 1 s pour DR, comme pour DC et DM. Vérifiez les conditions en vigueur à la date de l'offre.
NESO achète encore le Static Firm Frequency Response (SFFR), service non dynamique après incident qui répond en 30 s et dure 30 minutes.
DC fonctionne de manière autonome : l'unité agit d'après sa propre mesure de fréquence et ne reçoit pas de signal de dispatching pendant l'événement. L'aFRR européenne suit au contraire une consigne du GRT qui change toutes les quelques secondes. Les deux modulent la puissance en continu, mais exigent des voies de commande, des communications et des preuves différentes.
Régulateurs dynamiques et statiques
Un régulateur statique commute un bloc fixe de puissance quand la fréquence franchit un seuil. Par exemple, un relais déleste un groupe froid de 400 kW à 49,7 Hz, puis le remet en service après une durée de maintien. La réponse vaut zéro ou le bloc entier.
Un régulateur dynamique calcule une nouvelle consigne de puissance à chaque échantillon de fréquence. Cette consigne est une fonction linéaire par morceaux de l'écart à 50 Hz. La caractéristique DC du guide des fournisseurs de NESO est la suivante :
- 0 % de fourniture dans la bande de ±0,015 Hz (bande morte) ;
- une faible réponse linéaire qui atteint 5 % à ±0,2 Hz (point de rupture) ;
- une réponse linéaire plus forte qui passe de 5 % à ±0,2 Hz à 100 % à ±0,5 Hz.
DM se concentre entre ±0,1 Hz et ±0,2 Hz, où il fournit davantage de puissance à mesure que la fréquence approche de la limite d'exploitation. DR intervient sur la plage d'exploitation et atteint sa pleine fourniture à ±0,2 Hz. Le service détermine le type de régulateur admissible. Un relais ne peut pas fournir DC.
Exemple : 10 MW de Dynamic Containment
Une batterie détient un contrat DC de 10 MW en sous-fréquence (DCL). Le tableau montre la consigne à plusieurs fréquences.
| Fréquence mesurée | Écart | Fourniture | Décharge demandée |
|---|---|---|---|
| 49,985 Hz | 0,015 Hz | 0 % | 0 MW |
| 49,90 Hz | 0,10 Hz | 2,3 % | 0,23 MW |
| 49,80 Hz | 0,20 Hz | 5,0 % | 0,50 MW |
| 49,70 Hz | 0,30 Hz | 36,7 % | 3,67 MW |
| 49,60 Hz | 0,40 Hz | 68,3 % | 6,83 MW |
| 49,50 Hz | 0,50 Hz | 100 % | 10,0 MW |
Entre le point de rupture et la pleine fourniture, la pente vaut 95 % pour 0,3 Hz. Cela représente 3,2 % de la puissance contractée par 0,01 Hz, soit 0,32 MW par 0,01 Hz pour cette unité. À 49,7 Hz, une mesure de fréquence trop haute de 0,01 Hz entraîne donc un déficit de fourniture d'environ 0,3 MW. La précision de mesure contribue à l'erreur de fourniture.
Les exigences énergétiques découlent de la durée. NESO définit le volume d'énergie de réponse comme la quantité contractée multipliée par la durée de fourniture : 10 MW × 15 minutes = 2,5 MWh. L'unité doit aussi pouvoir récupérer au moins 20 % de ce volume (0,5 MWh) en une période de règlement de 30 minutes, par la gestion de l'état d'énergie. Une unité qui détient à la fois DCL et DCH à 10 MW doit disposer de 2,5 MWh au-dessus de son état de charge minimal et de 2,5 MWh de capacité libre sous son maximum au début de chaque bloc EFA, avant les pertes de l'onduleur et les limites propres au système de gestion de la batterie. Les références d'exploitation (« Physical Notifications »), à résolution d'une minute et soumises avant la fermeture du guichet 60 minutes à l'avance, servent à ramener l'état de charge dans cette plage.
Budget de latence d'une seconde
DC doit commencer à répondre sous 0,5 s et atteindre la fourniture complète sous 1 s. La courbe impose aussi de ne pas atteindre cette fourniture en moins de 0,5 s : un onduleur très rapide peut nécessiter une limitation de rampe. Toute la chaîne, de la mesure de fréquence à la puissance au point de raccordement, se partage cette seconde :
| Étape | Valeur indicative | Origine |
|---|---|---|
| Mesure et filtrage de la fréquence | 100 ms ou moins | Temps de réaction et d'échantillonnage de la fiche ZDR |
| Écriture de la consigne, Modbus RTU fonction 16, deux registres, 19,2 kbit/s | environ 16 ms | 21 octets de 11 bits, plus deux intervalles de 3,5 caractères |
| Traitement de la consigne et rampe du PCS | à mesurer | Fournisseur de l'onduleur ou du PCS, vérification à la mise en service |
| Mesure et enregistrement au point de raccordement | Intervalle d'échantillonnage de l'enregistrement | 50 ms pour des données de performance à 20 Hz |
La mesure et l'écriture série sont courtes et prévisibles. Le délai du PCS figure rarement dans une fiche technique. Vérifiez si le PCS applique une limite de rampe par défaut ou lit son registre de consigne à un cycle interne lent. Utilisez un plan d’essai par échelon approuvé pour le site, convenu avec le responsable de l’équipement et un ingénieur qualifié en contrôle-commande. Définissez les limites de fonctionnement, les interverrouillages, les critères d’arrêt et le rétablissement avant tout essai sur l’installation en service. Dans l’environnement d’essai approuvé, injectez un échelon de fréquence, enregistrez sur une même horloge la fréquence, la consigne écrite et la puissance au point de raccordement, puis mesurez le retard dans cet enregistrement.
Noms des services selon la région
| Région | Services | Délais |
|---|---|---|
| Grande-Bretagne | DC, DM, DR ; Static Firm Frequency Response | Fourniture complète DC et DM en 1 s, DR en 10 s, SFFR en 30 s |
| Europe continentale | FCR, aFRR, mFRR, RR | Activation complète FCR en 30 s à ±200 mHz ; aFRR en 5 minutes ; mFRR en 12,5 minutes |
| Irlande et Irlande du Nord | Services système DS3, dont Fast Frequency Response (FFR) | FFR entièrement disponible dans les 2 s suivant un événement et maintenu jusqu'à 10 s |
| Marché NEM australien | Dix marchés FCAS : régulation à la hausse et à la baisse, et contingence à la hausse et à la baisse | Contingence à 1 s, 6 s, 60 s et 5 minutes |
EirGrid et SONI achètent les services DS3 selon leur propre protocole et leurs accords. Pour un projet australien, consultez le guide des services FCAS et de leur mesure. La spécification AEMO des services auxiliaires de marché fixe ses propres règles de mesure et d'enregistrement.
Actifs capables de fournir une réponse
Les batteries assurent la majeure partie de la réponse dynamique en Grande-Bretagne : leur onduleur peut inverser le flux de puissance dans le délai d'une seconde de DC et suivre une consigne variable dans les deux sens. Leurs limites concernent l'énergie plutôt que la vitesse : état de charge, température des cellules et cyclage autorisé par la garantie.
Les groupes de production peuvent fournir une réponse à la surfréquence à faible coût en réduisant leur puissance. La réponse à la sous-fréquence exige en revanche une marge de puissance non utilisée. Un parc éolien ou solaire doit donc fonctionner en régime écrêté, perdant des recettes énergétiques pendant chaque heure contractée.
La demande flexible convient généralement aux services statiques ou réservés à la sous-fréquence. Un compresseur, un groupe froid ou un chauffage peut s'arrêter vite, mais ne peut pas remonter progressivement en suivant la fréquence. Un compresseur arrêté à 49,6 Hz ne peut pas redémarrer avant la fin de sa temporisation anti-court-cycle. Le froid et le CVC provoquent aussi un rattrapage après l'événement, quand la charge rétablit le refroidissement ou le chauffage perdu. Mesurez ce rattrapage au compteur du point de raccordement : il se manifeste par une demande supplémentaire juste après le rétablissement de la fréquence.
L'agrégation réunit de petits sites dans une unité de réponse, une centrale électrique virtuelle. Chaque site a néanmoins besoin d'un état de fonctionnement connu, d'une voie de commande autorisée, d'une fourniture mesurée à son propre point de raccordement et d'un état sûr en cas de perte de communication.
Architecture de mesure et de commande
Concevez le site comme six fonctions distinctes :
- Mesure de fréquence : fréquence locale au point de raccordement, avec la précision et la cadence requises par le service.
- Calcul de réponse : courbe du service, bande morte, sens, MW contractés et limites d'état de charge.
- Commande de l'actif : consigne que le PCS ou le régulateur de charge peut suivre sans danger, ou relais pour un service statique.
- Mesure de puissance : puissance active au périmètre électrique défini par le programme.
- Temps et preuves : fréquence, consigne, état de l'actif, indicateur de disponibilité et puissance sur une même horloge.
- Exploitation sur le marché : offres, références, déclarations de disponibilité, consignes de désarmement et règlement.
Indiquez chaque cadence par un chiffre. Le ZDR-22 échantillonne la fréquence toutes les 100 ms pour la commande, enregistre les événements à intervalles de 20 ms et transmet des données au cloud toutes les 1 s. NESO exige des données de performance à 20 Hz pour DC et DM, et à 20 Hz ou 2 Hz pour DR. Tout intervalle supérieur à 50 ms dans les données à 20 Hz est considéré comme manquant. Le flux cloud d'une seconde ne peut donc pas constituer l'enregistrement de performance ; rejouer plus tard des données mises en tampon ne peut pas créer une réponse qui n'a pas eu lieu.
Défaillances et preuves qui les révèlent
Préparez les enregistrements qui révèlent chacune de ces défaillances avant la mise en service, pas après une première mauvaise note de performance.
Un décalage des horloges fait paraître tardive une réponse correcte. À 20 Hz, 100 ms de décalage entre l'enregistrement de fréquence et celui de puissance représentent deux échantillons. NESO calcule l'erreur DC et DM sur une fenêtre glissante de minimum de 0,2 s, soit quatre échantillons. Utilisez une même source de temps, telle que GPS/GNSS, pour fréquence et puissance et vérifiez le décalage lors de l'essai par échelon.
Un mauvais rapport de transformateur de courant (TC) au compteur du point de raccordement fausse toutes les valeurs de fourniture. Un TC inversé inverse le signe : une décharge DCL correcte apparaît comme une charge. Vérifiez la convention de signe import/export avec une charge connue avant le premier essai.
Des données périmées sont dangereuses. Si le régulateur perd son entrée de fréquence ou sa liaison au PCS, marquez le service concerné indisponible et appliquez le comportement de repli approuvé pour le site et l’équipement. Ni le maintien de la dernière consigne ni une demande nulle ne sont universellement sûrs. Définissez la détection, les interverrouillages, la transition et la reprise avec le responsable de l’équipement et un ingénieur qualifié en contrôle-commande avant les essais. La NESO Provider Guidance v14 fixe le facteur de disponibilité de la période de règlement à zéro si la disponibilité est inférieure à 99,9%, et à un sinon. Avec des données à 20 Hz sur une période de 30 minutes, une indisponibilité de 2 secondes touche 40 des 36 000 échantillons, soit environ 99,889% de disponibilité, sous ce seuil.
L'épuisement de l'état de charge met fin trop tôt à la fourniture pendant une longue période de sous-fréquence. Enregistrez l'état de charge à chaque événement et comparez-le à la référence soumise.
Un point de raccordement partagé crée un double comptage. Si une charge du site ou un autre service se trouve derrière le même compteur, ses variations apparaissent comme une réponse. Recensez toutes les charges et productions derrière ce périmètre et tous les autres services cumulés sur l'actif.
Conservez les données brutes à 20 Hz avec leur analyse, ainsi que la version du micrologiciel et les réglages du régulateur en vigueur pendant chaque événement. Une capture d'écran ou une note calculée sans données sources ne peut pas être revérifiée.
Réponse en fréquence avec le ZDR EpiSensor
La fiche technique ZDR (EPI-211-04) couvre trois variantes :
- ZDR-20 : réponse statique en fréquence par sortie relais.
- ZDR-21 : réponse statique avec enregistrement des événements toutes les 20 ms et synchronisation horaire GPS/GNSS.
- ZDR-22 : commande de batterie pour la réponse dynamique en fréquence, avec enregistrement des événements toutes les 20 ms et synchronisation horaire GPS/GNSS. Il n'a pas de sortie relais. Il commande la batterie par son port série, en maître Modbus RTU sur RS-485 (jusqu'à quatre appareils clients et 20 registres). Un port CANbus est également disponible en option.
Le temps de réaction et la période d'échantillonnage de fréquence sont de 100 ms ou moins, la résolution de fréquence de 0,01 Hz et la précision de ±0,01 Hz. Cette précision satisfait au minimum de mesure FCR de 10 mHz de l'annexe V du règlement (UE) 2017/1485. Sur la courbe DC ci-dessus, elle peut représenter jusqu'à 0,32 MW pour une unité de 10 MW : intégrez-la à la tolérance de fourniture. La précision de puissance active est de classe 0,5S selon IEC 62053-22, sur ses propres entrées triphasées. Le ZDR peut ainsi mesurer la fourniture au point de raccordement indépendamment du relevé du PCS.
L'enregistrement d'événements à 20 ms des ZDR-21 et ZDR-22 est plus fin que l'intervalle de 50 ms des fichiers de performance NESO à 20 Hz. Les 100 ms concernent l'échantillonnage de commande et ne doivent pas être présentés comme la cadence d'enregistrement. NESO vérifie aussi, lors de l'intégration, le comptage d'exploitation et la transmission des données de performance par son concentrateur de données. Prévoyez comment l'enregistrement ZDR y parviendra avant la date d'essai.
Un ZDR ne qualifie pas un site à lui seul. La préqualification porte sur l'unité entière : entrée de fréquence, régulateur, PCS, compteur au point de raccordement et chemin de données. Appuyez-vous sur le guide d'application de l'effacement par batterie pour concevoir le site, puis choisissez la variante correspondant au service.