| Titre : | Commande Robuste d'un Dispositif FACTS par les Méthodes Métaheuristiques pour la Stabilité de Tension d'un Réseau Electrique |
| Auteurs : | Abdelmalek GACEM, Auteur ; Benattous Djilani, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | جامعة محمد خيضر بسكرة الجزائر, 2019 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | Stabilité de la Tension,Méthodes Métaheuristiques d’optimisation,Fonctions objectives et Dispositifs des FACTS,SVC et TCSC |
| Résumé : |
Dans ce travail de recherche nous proposons l’amélioration de la stabilité de
tension aux réseaux électriques par l’intégration des dispositifs FACTS. Ces dispositifs récents ont ouvert des nouvelles perspectives pour une exploitation plus efficace des réseaux électriques par action continue et rapide sur les différents paramètres du réseau (déphasage, tension, impédance…etc.), qui permet d'améliorer la stabilité de tension du réseau. Cependant, avec un mal conçu ou un mauvais contrôle de ces dispositifs, on risque de ne pas bénéficier leurs avantages. Donc, le choix du type de FACTS à utiliser, Et le nombre approprié, ses valeurs de consigne et son emplacement est la plus importante opération lors du dimensionnement des FACTS dans les grands réseaux électriques. L'objectif principal de cette thèse est le contrôle robuste et l'utilisation des FACTS d'une manière optimale par les méthodes métaheuristiques, dans le but d’améliorer la stabilité de tension aux réseaux électriques. Pour vérifier l'efficacité de ces méthodes proposées, elles ont été étudiées sur des différents réseaux électriques en utilisant le SVC (Static Var Compensator), le TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) et la coordination entre eux dans le cas d'augmentation de la puissance réactive de la charge. L’ensemble des résultats obtenus montrent que ces méthodes sont prometteuses et elles possèdent une grande flexibilité pour une utilisation optimale des dispositifs FACTS qui permet une exploitation flexible et plus stable du réseau électrique. |
| Sommaire : |
TABLE DES MATIERES
Remerciements………………………………………………………………….………..……........ I Dédicace …………………………………………………………...................................................... II Résumé…………………………………………………………......................................................... ... III Table des matières……………………………………...…………………………….…………….. V Liste des figures…………………………………………………………………………………….. X Liste des tableaux………………………………………………………………….………………...X III Liste des symboles………………………………………………………………………………..…. XIV Chapitre I: Introduction générale I.1 Généralités……………………………………………………………………….………………… 1 I.2 Motivation de la recherche………………………………………………………….……………2. . I.3 Objectifs et contributions de la thèse…………………………………………...…………………4 I.4 Organisation de la thèse…………………………………………….………..…………………..5. Chapitre II: Etat de l'art de la stabilité des réseaux II.1 Introduction ……………… … … … … … … … … … …EL…E…C…TR…IQ…U…ES… ……………………….… 7 II.2 Description de la stabilité des réseaux électriques………………………………………………7. II.3 Définition…………………………………………………………………………………………8 . II.4 Les différents types de la stabilité de système de puissance…………………………………….8. II.4.1 Stabilité de l'angle du rotor…………………………………………………..…………….. 9 II.4.1.1 Stabilité de l'angle du rotor aux petites perturbations………………..……….. 11 II.4.1.2 Stabilité de l'angle du rotor aux grandes perturbations………………..……… 12 II.4.2 Stabilité de la tension……………………………………………………………..……….. 13 II.4.2.1 Stabilité de la tension aux grandes perturbations………………………………1. 4 II.4.2.2 Stabilité de la tension aux petites perturbations…………………..…………… 15 II.4.3 Stabilité de fréquence……………………………………………………………………1..6 II.5 Formulation mathématique de la stabilité…………………………………………………………17 II.5.1 Stabilité du point d’équilibre……………………………………………….……………1..8 II.5.2 Stabilité asymptotique d'un point d'équilibre……………………………………………1. 9 II.5.3 Stabilité exponentielle…………………………………………………………..………. 20 II.6 Aperçu des méthodes d'étude de la stabilité…………………………………………………… 20 II.6.1 Méthodes d’étude des systèmes non linéaires……………………………..………….. 20 II.6.1.1 Méthode directe de Lyapunov……………………………………..…………..2 0 II.6.1.2 Etude par linéarisation : Stabilité petit signal…………………….……………2..2 II.6.2 Méthodes d’étude de stabilité des systèmes linéaires………………………….……… 23 II.6.2.1 Méthode directe de Lyapunov (cas particulier des systèmes)……………..…… °..…..linéaires) 23 VI II.6.2.2 Méthode indirecte de Lyapunov………………………………………………. 24 II.7 Conclusion …………………………………………………………………………………….. 25 Chapitre III: Stabilité de la tension du réseau électrique III.1 Introduction ……………… … … … … … … … … … … E…L…EC…T…RI…QU…E…S … ……………………… 26 III.2 Définitions ………………………………………………………………………………..……. 27 III.2.1 La stabilité de la tension……………………………………………………….……… 27 III.2.2 L'écroulement de tension………………………………………………………………2. 7 III.3 Causes et mécanisme d'écroulement de tension………………………………..……………… 27 III.4 Modélisation des éléments du réseau électrique…………………………………………………29 III.4.1 Modélisation des générateurs……………………………………………………………29 III.4.2 Modélisation d’une charge…………………………………………….……………… 30 III.4.3 Modélisation de ligne longue………………………………………….……………… 30 III.4.4 Modélisation d’un transformateur………………………………………………………. 31 III.5 Ecoulement de puissance dans les réseaux électriques…………………………………………3 1 III.5.1 Classification des jeux de barre…………………………………………………………31 III.5.1.1 Jeu de barre de référence……………………………………..………………. 31 III.5.1.2 Jeu de barre contrôle……………………………………….………………… 32 III.5.1.3 Jeu de barre de charge…………………………………………………………32 III.5.2 Les équations de l’écoulement de puissance……………………………………………… 32 III.5.2.1 Les équations aux J.d.B de charge……………………………………………….. 32 III.5.2.2 Exemple d’un système à deux J.d.B……………………………………………… 33 III.5.2.3 Calcul de la puissance au niveau de J.d.B……………………………………3.5. III.5.2.4 Les équations d’écoulement dans les lignes…………………………………….. 35 III.5.2.5 Les pertes de puissance dans lignes……………………………………………… 36 III.5.3 Résolution des équations de l’écoulement de puissance…………………………………. 36 III.5.3.1Méthode de Newton-Raphson…………………………………………………….. 37 III.6 Relation entre la puissance et la tension ………………………………………………………… 41 III.7 Indicateurs d'analyses statiques de la stabilité de tension………………………………………… 43 III.7.1 Analyse V-Q Sensibilité………………………………………………………………….. 44 III.7.2 Facteurs de participation………………………………………………………………….. 45 III.7.2.1 Participations de noeud…………………………………………………………. 45 III.7.2.2 Participations de générateur……………………………………………………. 46 III.7.3 L'indicateur L…………………………………………………………………………….. 47 III.7.4 Méthode de continuation………………………………………………………………4…7 . III.7.5 Pertes des Mw/Mvar……………………………………………………………………48. III.7.6 L'indicateur ΔV……………………………………………………………………… 48 III.8 Conclusion……………………………………………………………………………………… 48 Chapitre IV: Amélioration de la stabilité par FACTS IV.1 Introduction ………………… … … … … … … … … … … e…lec…tr…iqu…es… …………….. 49 VII IV.2 Définition de FACTS………………………………………………………………. 49 IV.3 Différents catégories des FACTS………………………………………………….. 50 IV.3.1 Compensateurs séries…………………………………………………….. 51 IV.3.1.1Compensateur série commandé par thyristors (TCSC)……….. 51 IV.3.1.2 Compensateur série statique synchrone (SSSC)……………… 52 IV.3.2 Compensateurs parallèles………………………………………………… 53 IV.3.2.1 Compensateur statique d'énergie réactive (SVC)…………….. 53 IV.3.2.2 Compensateur statique synchrone (STATCOM)…………….. 54 IV.3.3 Compensateurs hybrides (shunt-série)………………………………….. 54 IV.3.3.1 Contrôleur universel de flux de puissance (UPFC)………….. 54 IV.3.3.2 Contrôleur de puissance interlignes (IPFC)…………………… 55 IV.3.3.3 Static Phase Shifter (SPS)……………………………………… 56 IV.4 Type de la modélisation des dispositifs FACTS…………………………………… 57 IV.4.1 Injection de puissances aux extrémités de la ligne………………………. 57 IV.4.2 Création d'un noeud fictif…………………………………………………. 58 IV.4.3 Modification de la matrice d'admittance nodale………………………….. 59 IV.5 Modélisation du SVC………………………………………………………………. 60 IV.6 Modélisation de TCSC……………………………………………………………... 61 IV.7 Synthèse du FACTS ……………………………………………………………….. 62 IV.8 Conclusion…………………………………………………………………………. 63 Chapitre V: L'optimisation par les méthodes métaheuristiques V.1 Introduction……………………… … … … … … … … … … … el…ec…tri…qu…es… …………………………. 64 V.2 Notions de base en optimisation……………………………………………………………………. 64 V.3 Méthodes d'optimisations…………………………………………………………………………… 67 V.3.1 Les méthodes exactes………………………………………………………………………. 67 V.3.2 Les Métaheuristiques………………………………………………………………………. 68 V.4 Les méthodes Métaheuristiques à base de population…………………………………………….. 69 V.4.1 Les algorithmes génétiques………………………………………………………………… 69 V.4.1.1 Principe de fonctionnement……………………………………………………….. 69 V.4.1.2 Codage des chromosomes et décodage………………………………………….. 70 V.4.1.3 Fonction d’évaluation…………………………………………………………….. 73 V.4.1.4 Sélection……………………………………………………………………………. 73 V.4.1.5 Le croissement……………………………………………………………………… 75 V.4.1.6 Mutation……………………………………………………………………………. 76 V.4.1.7 Organigramme de la procédure génétique……………………………………….. 77 V.4.2 L'optimisation par essaim de particulaire…………………………………………………. 77 V.4.2.1 Principe de fonctionnement………………………………………………………. 78 V.4.2.2 Topologie du voisinage……………………………………………………………. 79 VIII V.4.2.3 Formalisation et programmation…………………………………………………. 79 V.4.2.4 Initialisation de l’essaim et Nombre de particules………………………………. 80 V.4.2.5 Coefficient de constriction………………………………………………………… 80 V.4.2.6 Facteur d’inertie…………………………………………………………………… 81 V.4.2.7 Algorithmes………………………………………………………………………… 82 V.4.3 L'optimisation par recherche de nourriture bactérienne E. Coli (BFOA)… ………………… 82 V.4.3.1 Bactérie Escherichia coli………………………………………………………….. 83 V.4.3.2 Stratégies de recherche……………………………………………………………… 85 V.4.3.3 Modèle d'optimisation…………………………………………………………….. 86 V.4.3.4 Organigramme de l'algorithme BFOA…………………………………………….. 88 V.5 Conclusion………………………………………………………………………………………….. 89 Chapitre VI: Les emplacements optimaux des FACTS VI.1 Introduction………………… … … … … … … … … … … e…le…ctr…iq…ue…s ………………………… 90 VI.2 Présentation du problème………………………………………………………………………….. 90 VI.3 Résolution du problème……………………………………………………………………………. 92 VI.4 Fonction objectif d'emplacement optimal des FACTS……………………………………………. 94 VI.4.1 Le critère de la déviation de tension……………………………………………………… 94 VI.4.2 Le critère de la perte de transmission…………………………………………………….. 95 VI.4.3 Le critère économique d'investissement au FACTS………………………………………. 96 VI.5 Problème d'emplacement optimal de FACTS…………………………………………………….. 97 VI.5.1 Problème Mono-objectif………………………………………………………………….. 97 VI.5.2 Problème Multi-objectif…………………………………………………………………… 98 VI.5.3 Variables d’état…………………………………………………………………………….. 98 VI.5.4 Variables de contrôle: …………………………………………………………………9…8 VI.5.5 Contraintes d’égalités……………………………………………………………………… 98 VI.5.6 Contraintes d’inégalités……………………………………………………………………. 98 VI.6 Concept d'optimisation au sens de Pareto…………………………………………………………. 99 VI.6.1 Ensemble de Pareto optimal P*…………………………………………………………… 100 VI.6.2 Frontière du Pareto FP*…………………………………………………………………… 101 VI.7 Conclusion………………………………………………………………………………………… 101 Chapitre VII: Application et résultats de simulation VII.1 Introduction ……………… … … … … … … … … … … e…le…ctr…iq…ue…s ……………………….. 102 VII.2 Réseau d’application IEEE 30-bus……………………………………………………………… 103 VII.2.1 Augmentation progressive de la charge………………………………………………………10..3 VII.2.2 Emplacement optimal des FACTS…………………………………………………………1…06.. VII.2.2.1 Optimisation avec considération de SVC……………………………………………………10. 7 VII.2.2.2 Optimisation avec considération de TCSC…………………………………………………… 117 VII.2.2.3 Optimisation avec considération de coordination……………………………………………12 2 IX VII.3 Réseau d’application IEEE 57-bus……………………………………………………………1…23 VII.3.1 Augmentation progressive de la charge………………………………………………………12..4 VII.4 Conclusion………………………………………………………………………………………12.7. Conclusion générale…………………………………………………………………………………1..2..8.. Annexe………………………………………………………………………………………………..1..3..0. Liste des publications……………………………………………………………………………… 139 Bibliographie…………………………………………………………………………………………1…44. . |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0969 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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