| Titre : | Contribution à l'Amélioration de l'Efficacité des Réseaux Electriques par l’Intégration et le Contrôle Flexible de l’Energie Eolienne et des Systèmes FACTS. |
| Auteurs : | boubakeur Hadji, Auteur ; kamel Srairi, Directeur de thèse ; Belkacem Mahdad, Auteur |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Khider, 2017 |
| Format : | 150p / 30CM |
| Accompagnement : | CD |
| Note générale : | Réseaux électriques, Sources renouvelables, Energie éolienne, Dispatching économique. Systèmes FACTS, Optimisation, Techniques métaheuristiques, Coût, Flexibilité. |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Réseaux électriques,Sources renouvelables,Energie éolienne,Dispatching économique. Systèmes FACTS,Optimisation,Techniques métaheuristiques,Coût,Flexibilité. |
| Résumé : |
RESUME :
Dans ce travail de recherche nous proposons l’amélioration de l’efficacité des réseaux électriques modernes par l’intégration des systèmes FACTS et des sources renouvelables éoliennes. Cet objectif bien déterminé est aussi accompagné d’une complexité et de problèmes considérables à caractère physico-mathématique à surmonter. Or, l’utilisation de méthodes exactes d’optimisation dites déterministes devienne inefficace compte tenu du manque de flexibilité de ces méthodes pour intégrer diverses contraintes spécifiques à ce type de sujets traités. Ceci nous a amené, très objectivement, à l’adoption de trois techniques du type métaheuristiques capables de surmonter ces problèmes. Il s’agit, en effet, de la technique des Essaims de Particules Modifiée basée sur la variation dynamique du coefficient d’accélération (PSO_TVAC), d’une autre nouvelle variante de la méthode des abeilles artificielle (DBC), et enfin, un algorithme de recherche noté par le (SOA). Ces techniques engendrent une solution idéale au problème du dispatching économique et la bonne, voire la meilleure, planification de la puissance réactive en tenant compte de la minimisation de plusieurs fonctions objectives. Nous proposons aussi, dans ce cadre bien déterminé et logique, une résolution du problème d’optimisation de l’écoulement de puissance standard. Ensuite, dans un second temps, nous proposons l’amélioration de l'efficacité des réseaux électriques par l’intégration et la coordination flexible de l’énergie renouvelable dans son cas éolien et des systèmes FACTS. Dans ces deux cas de figure, un système électrique intégré verticalement est pris comme application type. La validation des modèles ainsi proposés, est effectuée sur des réseaux électriques standards et où différentes scenarios ont été traités : la minimisation du coût de production, les pertes actives et la déviation de tension en tenant compte de la variation de charge. L’ensemble des résultats obtenus et bien exploités et analysés nous laisseront conclure et confirmer solennellement que l’intégration des FACTS en étroite coordination avec les sources d’énergie renouvelable éolienne mènent à une exploitation flexible et plus sûre les réseaux électriques. |
| Sommaire : |
Remerciements……………………………………………………………………………… I
Dédicaces…………………………………………………………….……………………… II Résumé……………………………………………………………………...……………… III Table des matières ……………………………………………..………...………………… V Table des figures ………………………………………………………………..……..…… X Liste des symboles…………………………………………………...……………………… XIII Chapitre I. Introduction I.1.Généralités …………………………………………………………………………….…. 1 I.2.Objectifs de la thèse ……………………………………………………………………… 4 I.3.Motivation ……………………………………………………………………………….. 4 I.5.Organisation de la thèse …………………………………………………………………. 5 Chapitre II. Ecoulement De Puissance Optimal II.1.Introduction ……………………………………………………………………………... 7 II.2.Systèmes électriques ……………………………………………………………………. 7 II.2.1. La production ………………………………………………………………… 8 II.2.2. Le transport ………………………………………………………….………… 8 II.2.3. La distribution …………………………………………………………………. 8 II.3.Diverses sources d'énergies …………………………………………………………….. 9 II.3.1. Les centrales Thermiques ……………………………………………………… 9 II.3.1.1.Centrales thermiques à moteurs diesels ………………………………... 9 II.3.1.2.Centrales thermiques à vapeur ………………………………………… 9 II.3.1.3.Centrales thermiques à turbines à gaz …………………………………. 10 II.3.2.Energie éolienne …………………………………………………..…………… 11 II.3.3.Energie solaire …………………………………………………………………. 11 II.4.Caractéristiques d’Entrée Sortie des Centrales Thermiques…………………………….. 12 II.5.Réseau d’électrique ……………………………………………………………..……… 13 II.5.1.Modélisation des éléments de puissance d’un réseau électrique ………………. 14 II.5.1.1.Générateur de puissance. ………………………………………………. 14 II.5.1.2.Lignes de transmission ………………………………………………… 14 II.5.1.3.Transformateur de puissance …………………………………………... 15 II.5.1.4.Les charges électriques ………………………………………………... 15 II.5.1.5.Eléments shunts. ………………………………………………………. 15 II.6.Écoulement de puissance ………………………………….…………………………… 16 II.7.Problème de l'écoulement de puissance optimal ……………………….……………… 16 II.8.Formulation de problème de l'écoulement de puissance optimal (OPF)………………… 18 II.8.1.Mono-objectif…………………………………………………………………… 18 II.8.2.Multi-objectif …………………………………………………………………… 18 II.8.3.Contraintes d’égalités …………………………………………………...……… 19 II.8.4.Contraintes d'inégalités……………………………………………….………… 19 II.9.Types de l'Ecoulement de Puissance Optimal…………………………………………… 20 II.9.1.Ecoulement Optimal de Puissance Active. ………………….………………… 20 II.9.1.1.Minimisation du Coût………………………………..………………… 20 II.9.1.2. Minimisation d’émission……………………………………………… 20 II.9.2.Ecoulement Optimal de Puissance Réactive……………………………………. 21 VI II.9.2.1.Minimisation des pertes totales de transmission……………………….. 21 II.9.2.2. Minimisation de la déviation de la Tension……………………………. 21 II.9.2.3.Minimisation l’indice de stabilité de tension L_index ………………… 21 II.10. Conclusion ……………………………………………………………………………. 23 Chapitre III. Systèmes FACTS III.1.Introduction……………………………………………………………………………... 24 III.2. Systèmes FACTS ……………………………………………………………………… 25 III.3.Bénéfices possibles de dispositif FACTS ……………………………………………... 25 III.4.Différents types des FACTS…………………………………………………………… 25 III.4.1. Compensateurs parallèles……………………………………………………… 26 III.4.1.1. Compensateur statique d'énergie réactive SVC ……………………… 27 III.4.1.2. Compensateur statique synchrone (STATCOM) …………………….. 28 III.4.2. Compensateurs série …………………………………………………..……… 92 III.4.2.1. Compensateur série commandé par thyristors (TCSC) ………………. 30 III.4.3. Compensateurs hybrides ……………………………………………………… 31 III.4.3.1. Contrôleur universel de flux de puissance (UPFC)…………………… 31 III.5. Modélisation des dispositifs FACTS ………………………………………………….. 39 III.5.1.Types de la modélisation des dispositifs FACTS …………………………… 39 III.5.1.1. Injection de puissance aux extrémités de la ligne ……………………. 39 III.5.1.2.Création d'un nœud fictif………………………………………………. 34 III.5.1.3.Modification de la matrice d'admittance nodale……………………….. 34 III.5.2.Modélisation de TCSC ………………………………………………………… 35 III.5.3.Modèle du compensateur statique de puissance réactive (SVC)………………. 36 III.5.4.Modèle du compensateur statique de puissance réactive (STATCOM) ………. 37 III.5.5. Modélisation mathématique du compensateur universel (UPFC)…………….. 38 III.6.Conclusion ……………………………………………………………………………... 40 Chapitre IV. Energie Renouvelable IV.1. Introduction ……………………………………………………………………………. 41 IV.2. Production d’électricité d’origine renouvelable……………………………………….. 41 IV.3. Intérêt croissant de la production d’électricité d’origine éolienne…………………….. 43 IV.4. Aérogénérateur ………………………………………………………………………… 44 II.5. Taille des aérogénérateurs………………………………………………………………. 44 IV.6. Fonctionnement et Principaux composants d’une éolienne…………………………… 45 IV.7.Systèmes de conversion électromécanique utilisant la MADA…………………………. 47 IV.8. Modélisation de la machine asynchrone à double alimentation ………………………. 48 IV.9.Eoliennes et la production de la puissance réactive ……………………………………. 42 IV.9.1.Estimation de la puissance réactive maximale de la MADA………………….. 42 IV.9.2.Limitation de la puissance réactive par la contrainte du courant rotorique …... 59 IV.10.Fermes éoliennes ………………………………………………………………...…… 53 IV.11.Probabilité d’énergie éolienne ……………………………………………………...… 54 IV.11.1.Distribution statistique de la vitesse du vent…………………………………. 54 IV.11.2.Modélisation du générateur éolien …………………………………………… 54 IV.12.Problème d’écoulement de puissance optimal au la présence d’éolienne ……………. 55 IV.12.1.Minimisation du Coût………………………………………………………… 55 IV.13.Conclusion ……………………………………………………………………………. 57 Chapitre V. Intégration des Système FACTS et Eolien dans OPF V.1.Introduction …………………………………………………………………………...… 58 V.2.Formulation da le problème de l'écoulement de puissance active optimal ……………... 58 V.2.1.Minimisation du Coût…………………………………………………………... 58 VII V.2.1.1. Minimisation du Coût sans pertes ………………………………..…… 59 V.2.1.2. Minimisation du Coût avec pertes…………………………………...… 59 V.2.2.Minimisation de l’émission…………………………………………………….. 60 V.2.2.1.Minimisation de l’émission sans pertes ……………………………….. 60 V.2.2.2.Minimisation de l’émission avec pertes ………………………………. 60 V.2.3.Minimisation multi-objectif du Coût et émission ……………………………… 61 V.3.Formulation de problème d’écoulement de puissance réactive optimal……………….. 61 V.3.1.Minimisation des pertes active…………………………………………………. 61 V.3.1.1.Minimisation de la perte avec compensation par battre de condensateur 61 V.3.2.Minimisation la déviation de la Tension………………………………………... 62 V.3.2.1.Minimisation la déviation de la Tension avec compensation par battre de condensateur…………………..…………………………. 62 V.3.3.Minimisation l’indice de stabilité de tension L_index …………………………… 62 V.3.3.1.Minimisation l’indice de stabilité de tension L_index avec compensation par battre de condensateur……..……………………………………… 62 V.4.Problème l’optimisation d’écoulement de puissance active avec l’intégration l’éolien.. 63 V.4.1.Minimisation du Coût…………………………………………………..……… 63 V.4.1.1.Minimisation du Coût sans pertes……………………………………… 63 V.4.1.2. Minimisation du Coût avec les pertes ………………………………… 63 V.4.2.Minimisation de l’émission……………………………………………...……… 64 V.4.2.1.Minimisation de l’émission sans les pertes …………………………… 64 V.4.2.2. Minimisation de l’émission avec pertes ………………………………. 64 V.5.Formulation de problème d’écoulement de puissance réactive optimal avec éolien …… 64 V.5.1.Minimisation des pertes active…………………………………………………. 64 V.5.2.Minimisation la déviation de la Tension……………………………………….. 65 V.5.3.Minimisation l’indice de stabilité de tension L_index …………………………… 65 V.6.Formulation de problème d’écoulement de puissance réactive optimal avec l’intégration de système FACTS. ………………………………………………………….………… 66 V.6.1.Minimisation des pertes active…………………………………………………. 66 V.6.2.Minimisation la déviation de la Tension……………………………………….. 66 V.6.3.Minimisation l’indice de stabilité de tension L_index …………………………. 67 V.7.Conclusion ……………………………………………………………………………… 67 Chapitre VI. Algorithmes d’optimisation VI.1. Introduction ……………………………………………………………………...…… 68 VI.2. Formulation générale d’un problème d’optimisation…………………..……………… 68 VI.2.1.Problème de l’optimisation mono-objectif ……………………………………… 68 VI.2.2. Problème de l’optimisation multi-objectif ……………………………………… 69 VI.3. Les méthodes d'optimisations ………………………………………………………… 70 VI.4.Méthodes exactes ……………………………………………………………………… 71 VI.5.Méthodes approchées ………………………………………………………………….. 72 VI.5.1. L algorithmes de colonie de fourmis ………………………………………..… 73 VI.5.2.L’évolution différentielle……………………………………...………………… 74 VI.5.3.Optimisation par Essaim Particulaire…………………………………………… 75 VI.5.3.1.Principe général…………………………………………………...…… 76 VI.5.3.2.Coefficient d’inertie ………………………………………………….. 78 VI.5.3.3.Coefficients d'Accélération variable PSO-TVAC …………………….. 79 VI.5.4. Optimisation par Colonie d’abeilles…………………………………………… 79 VI.5.4.1.Algorithmes d’abeilles basés sur la recherche de nourriture………….. 79 VI.5.4.2.Algorithme d’optimisation par la danse d’abeille colonie (DBC) ……. 80 VIII VI.5.4. L’algorithme d'optimisation de Seeker……………………………................... 84 VI.5.4.1. Implémentation de l’algorithme d'optimisation Seeker………………. 84 VI.5.4.2.Calcul de la direction de Seeker dij (t)………………………………… 84 VI.5.4.3.Coefficient d’inertie ………………………………………………….. 85 VI.5.4.4.direction Proactivité…………………………………………………... 85 VI.5.4.5.direction Altruisme …………………………………………………... 85 VI.5.4.5. La direction égoïste …………………………………………………. 85 VI.5.4.6. Calcul de la longueur de Pas ………………………………………... 86 IV.6.Conclusion ……………………………………………………………………………... 87 Chapitre VII. Tests et application VII.1.Intreduction…………………………………………………………………….……… 88 VII.2.Réseau test………………………………………………………………………..…… 88 VII.3.Optimisation d’écoulement de puissance active (OEPA) …………………………….. 89 VII.3.1. Application de la Méthode PSO_TVAC à l'OEPA ………………………….. 89 VII.3.1.1 : Cas 1. Minimisation du coût, minimisation de l’émission sans considération de pertes …………………………………………….. 90 VII.3.1.2. Minimisation du coût, minimisation de l’émission avec considération des pertes ………….………………………………………………… 92 VII.3.2. Application de la Méthode DBC à l'OEPA ………………………………….. 94 VII.3.2.1 : Cas 1. Minimisation du coût, minimisation de l’émission sans considérer les pertes ……………………………………………….. 95 VII.3.2.2 : Minimisation du coût, minimisation de l’émission avec considération des pertes ……………………………………………………….…. 97 VII.3.3. Application d’Algorithme de recherche (SOA) à l'OPF……………………... 99 VII.3.3.1 : Minimisation du coût, minimisation de l’émission sans considération de pertes ……………………………………………………………. 99 VII.3.3.2 : Minimisation du coût, minimisation l’émission avec considération des pertes …………………………………………………………... 101 VII.3.4. Etude Comparative…………………………………………………………… 103 VII.3.4.1.Optimisation sans considération des pertes ………………………….. 103 VII.3.4.2.Optimisation avec considération des pertes ………………………….. 104 VII.3.5. Validation sur des réseaux larges …………………………………………… 105 VII.3.5.1. Réseau test 10 unité …………………………………………….…… 105 VII.3.5.2. Réseau test 40 unités ………………………………………………… 106 VII.4. Optimisation d’écoulement de puissance réactive …………………………………… 108 VII.4.1. Optimisation par la méthode PSO_TVAC …………………………………... 108 VII.4.2. Optimisation par la Méthode DBC ………………………………………….. 110 VII.4.3. Etude comparative……………………………………….…………………… 111 VII.5. Optimisation d’écoulement de puissance en présence des sources éoliennes ………. 114 VII.5.1. Optimisation d’écoulement de puissance active avec intégration des sources éoliennes……………………………………………………………………... 114 VII.5.1.1. Application de la méthode PSO_TVAC pour l’optimisation mono objective du coût et de l’émission de gaz……………………………. 115 VII.5.1.2. Application de la méthode DBC pour l’optimisation mono objective du coût et de l’émission de gaz……………………………………… 116 IX VII.5.2.Optimisation d’écoulement de puissance réactive sans l’intégration des sources éoliennes……………………………………………………………. 117 VII.5.2.1.Minimisation des pertes par les méthodes PSO_TVAC et DBC …… 117 VII.5.2.2.Minimisation de la DV par les méthodes PSO_TVAC et DBC …….. 119 VII.5.3.Optimisation d’écoulement de puissance réactive avec l’intégration des sources éoliennes ……………………………………………………………. 121 VII.5.3.1.Minimisation des pertes avec considération des sources éolienne par les méthodes PSO_TVAC et DBC …………………………………. 123 VII.5.3.2. Minimisation de la DV avec considération des sources éolienne par les méthodes PSO_TVAC et DBC …………………………………. 124 VII.5.4. Optimisation sous l’effet de l’augmentation de charge ……………………… 126 VII.5.4.1 Minimisation des pertes avec considération des sources éolienne par les méthodes PSO_TVAC et DBC ………………………………….. 126 VII.5.5. Optimisation sous les conditions critiques : coupure d’une ligne…………….. 127 VII.5.5.1 Minimisation des pertes avec considération des sources éolienne par les méthodes PSO_TVAC et DBC ………………………………….. 127 VII.6. Optimisation de la puissance réactive par utilisation du compensateur série ‘TCSC’………………………………………………………………………… 129 VII.6.1. Minimisation des pertes……………………………………………………… 129 VII.6.2.Minimisation de la déviation de tension………………………………………. 131 VII.6.3. Optimisation avec considération l’augmentation de la charge………………... 132 VII.6.4. Optimisation avec considération la perte d’une ligne .……………………….. 134 VII.7. Conclusion ………………………………………………………………………….… 135 Conclusion générale ………………………………………………….………………….… 136 Annexe……………………………………………………………………………………….. 138 Bibliographie………...……………………………………………………………………… 145 |
| Type de document : | Thése doctorat |
Disponibilité (1)
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| TH/0757 | Thèse de doctorat | BIB.DEP.ARCHITECTURE | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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