Academic literature on the topic 'Réseaux électriques d'interconnexion – Automatisation'

Depuis plus d'une vingtaine d'années une attention toute particulière est portée sur l'étude de réseaux électriques afin d'améliorer leur dimensionnement, leur qualité, leur sécurité et leurs performances. En effet, ces réseaux deviennent de plus en plus complexes avec l'apparition de nouvelles sources d'énergie de nature diverse et l'augmentation de dispositifs d'électronique de puissance qui servent d'interfaces de connexion ou de dispositifs de contrôle. Ces évolutions engendrent de nombreux problèmes d'analyse et de dimensionnement des réseaux électriques modernes. Pour les résoudre, nous proposons une démarche originale de modélisation et d'analyse basée sur les systèmes d'ordre non entier. Elle peut s'appliquer soit aux réseaux électriques, soit à leurs composants (machines électriques, piles à combustibles, charges, etc.). Plus précisément, le premier objectif de ce mémoire est l'application de la théorie fractale à la modélisation dynamique des systèmes électriques afin d'obtenir des modèles de connaissance plus précis et d'ordre réduit. On tâchera notamment de mettre en évidence les liens qui existent entre géométrie fractale des systèmes électriques, performances fréquentielles et modélisation d'ordre non entier. Le deuxième objectif est l'application des modèles d'ordre non entier aux études de stabilité classiquement menées sur les systèmes électriques.

Depuis plus d'une vingtaine d'années une attention toute particulière est portée sur l'étude de réseaux électriques afin d'améliorer leur dimensionnement, leur qualité, leur sécurité et leurs performances. En effet, ces réseaux deviennent de plus en plus complexes avec l'apparition de nouvelles sources d'énergie de nature diverse et l'augmentation de dispositifs d'électronique de puissance qui servent d'interfaces de connexion ou de dispositifs de contrôle. Ces évolutions engendrent de nombreux problèmes d'analyse et de dimensionnement des réseaux électriques modernes. Pour les résoudre, nous proposons une démarche originale de modélisation et d'analyse basée sur les systèmes d'ordre non entier. Elle peut s'appliquer soit aux réseaux électriques, soit à leurs composants (machines électriques, piles à combustibles, charges, etc. ). Plus précisément, le premier objectif de ce mémoire est l'application de la théorie fractale à la modélisation dynamique des systèmes électriques afin d'obtenir des modèles de connaissance plus précis et d'ordre réduit. On tâchera notamment de mettre en évidence les liens qui existent entre géométrie fractale des systèmes électriques, performances fréquentielles et modélisation d'ordre non entier. Le deuxième objectif est l'application des modèles d'ordre non entier aux études de stabilité classiquement menées sur les systèmes électriques
Since twenty years, a particular attention is focused on the study of electrical networks to improve their design, their quality and safety and at least their performance. Indeed, these electrical networks become more complex with the emergence of new sources of energy of various kinds and the rise of electronic devices which connect or control devices. These changes lead to numerous issues of analysis and design of modern electrical power networks. To solve them, the authors propose an original approach of modelling and analysis based on non-integer order systems. This approach can be applied to global power networks or to one of their components (e. G. Electrical machines, fuel cell, loads). More specifically, the first aim of this PhD concerns the application of fractal theory to the dynamic modelling of electrical systems in order to obtain knowledge models which are more accurate and of reduced order. Then, this report highlights the links between fractal geometry of electrical systems, frequency performance and non-integer order modelling. The second objective is the application of non-integer order models to stability studies of electrical systems

Dans le domaine d'etude des ensembles convertisseurs-machines-commandes, le developpement et la mise au point de programme de simulation numerique necessite des connaissances informatiques particulieres. L'apprentissage de ses connaissances devie le chercheur de son domaine de predilection, pour s'affranchir de cet inconvenient, la definition d'une methode de developpement systematique s'impose. Dans cet esprit l'auteur propose l'utilisation d'un generateur automatique de programme de simulation numerique d'ensemble convertisseurs-machines-commandes bati autour de la methodologie de simulation sosie. Ce generateur de programme repose sur l'utilisation, d'une part, d'une bibliotheque de module, ces modules etant ecrits suivant la syntaxe d'une langage specialise, le lsdma, et sur l'utilisation de l'ensemble des outils logiciels associes a ce langage, d'autre part

Deux classes d'outils de communication ont été développées pour les systèmes fortement couplés : les multiple-bus et les multi-étages. Chacune de ces deux classes opte pour l'une des deux solutions extrêmes, bus ou cross-bar, et tente d'en réduire les inconvénients. Notre alternative opte pour la commutation de ligne bidirectionnelle et simultanée, et s'appuie sur une configuration en anneau de commutateurs 2x2 unidirectionnels. Cette configuration nous servira de modèle de base ; une mise en oeuvre assynchrone et répartie de son protocole d'interconnexion est proposée. Nous poursuivons par l'étude des possibilités d'extension qu'offre le modèle de base. L'objectif étant de concevoir des outils capables de prendre en charge des communications simultanées. Deux outils, le "réseau arbre", et le "multi-anneau", sont alors proposés et leurs protocoles d'interconnexion entièrement définis. Une troisième extension : le "réseau cellulaire" montre les limites de notre modèle de base. Enfin, l'évaluation de ces outils a permis la mise en évidence de leurs avantages par rapport à des outils existants. Ces avantages portent aussi bien sur leur fonctionnalité que sur leur complexité.

La libéralisation du marché de l'électricité et le développement de la production décentralisée amènent de nouveaux problèmes scientifiques et techniques. Ces problèmes sont induits par l'impact des nouveaux types de Sources d'énergie et par la gestion globale du système de distribution. L'objectif des recherches est de modéliser différentes technologies d'éoliennes introduites dans les réseaux électriques de moyenne tension. Ces technologies sont basées sur des machines asynchrones à cage (MAS) et à double alimentation (MADA). Les modèles de ces générateurs utilisent des outils graphiques de modélisation : le Graphe Informationnel Causal (GIC) et la Représentation Énergétique Macroscopique (REM). Différents niveaux de modélisation sont considérés pour étudier ce type de génération incluant des convertisseurs de l'électronique de puissance, selon que l'on intègre ou non le comportement interrupteur des semi-conducteurs. Les modèles d'éoliennes sont intégrés dans des architectures de réseau de distribution tout en considérant des fluctuations de la Source d'énergie (le vent) sur plusieurs minutes. Nous avons considéré des modèles à interrupteurs idéaux pour estimer les harmoniques générés et des modèles continus équivalents permettant d'avoir un temps de calcul réduit pour les études de fluctuation de puissance. Ces modèles de simulation associés à leurs dispositifs de commande ont été validés par des mesures effectuées sur une éolienne réelle de 1,5 MW. En comparant deux stratégies de commande vectorielle de la MADA d'une éolienne de 1,5 MW, nous avons évalué la qualité de la puissance électrique produite par cette machine en présence de défauts sur le réseau de distribution

Les nouvelles politiques adoptées par les autorités nationales ont encouragé pendant les dernières années l'intégration à grande échelle des systèmes d'énergie renouvelable (RES). L'intégration à grande échelle des RES aura inévitablement des conséquences sur le réseau de transport d'électricité tel qu'il est conçu aujourd'hui, car le transport de l'électricité massif sur de longues distances pourrait amener les réseaux de transport à fonctionner près de leurs limites, réduisant ainsi leurs marges de sécurité. Des systèmes de transport d’électricité plus complexes seront donc nécessaires.Dans ce scénario, les systèmes de transmission à Courant Continu Haute Tension (HVDC) constituent la solution la plus intéressante pour le renforcement et l'amélioration des réseaux à Courant Alternatif (AC) existants, non seulement en utilisant des configurations point à point, mais aussi dans des configurations multi-terminales. L'introduction des systèmes HVDC aboutira à terme à un réseau électrique hybride haute tension AC/DC, qui doit être analysé comme un système unique afin de mieux comprendre les interactions entre le réseau AC et le réseau DC.Cette thèse porte sur l'analyse de la stabilité transitoire des systèmes de transmission électrique hybrides AC/DC. Plus particulièrement, deux questions ont été abordées: Quel est l'impact d'un défaut du réseau DC sur la stabilité transitoire du réseau AC? Comment est-il possible de se servir des systèmes de transmission DC en tant qu'actionneurs afin d'améliorer la stabilité transitoire AC ?Dans la première partie de ce travail, les modèles mathématiques du réseau hybride AC/DC sont décrits ainsi que les outils nécessaires à l'analyse du système en tenant compte de sa nature non linéaire. Ensuite, une analyse approfondie de la stabilité transitoire du réseau électrique dans le cas particulier d'un court-circuit dans le réseau DC et l'exécution des stratégies de protection correspondantes sont effectuées. En complément, des indicateurs de stabilité et des outils pour dimensionner les futurs réseaux de la MTDC afin de respecter les contraintes des stratégies de protection existantes sont proposés.La deuxième partie de la thèse porte sur les propositions de commande pour la modulation des références de puissance des systèmes de transmission HVDC dans le but d'améliorer la stabilité transitoire du système AC connecté à ce réseau DC. Tout d'abord, nous axons notre étude sur le contrôle non linéaire des liaisons HVDC point à point dans des liaisons hybrides AC/DC. La compensation rapide des perturbations de puissance, l'injection de puissance d'amortissement et l'injection de puissance de synchronisation sont identifiées comme des mécanismes par lesquels les systèmes HVDC peuvent améliorer les marges de stabilité des réseaux AC.Enfin, une stratégie de contrôle pour l'amélioration de la stabilité transitoire par injection de puissance active dans par un réseau MTDC est proposée. Grâce à la communication entre les stations, la commande décentralisée proposée injecte la puissance d'amortissement et de synchronisation entre chaque paire de convertisseurs en utilisant uniquement des mesures au niveau des convertisseurs. L'implémentation proposée permet d'utiliser au maximum la capacité disponible des convertisseurs en gérant les limites de puissance d'une manière décentralisée
The new policy frameworks adopted by national authorities has encouraged the large scale-integration of Renewable Energy Systems (RES) into bulk power systems. The large-scale integration of RES will have consequences on the electricity transmission system as it is conceived today, since the transmission of bulk power over long distances could lead the existing transmission systems to work close to their limits, thus decreasing their dynamic security margins. Therefore more complex transmissions systems are needed.Under this scenario, HVDC transmission systems raise as the most attractive solution for the reinforcement and improvement of existing AC networks, not only using point-to-point configurations, but also in a Multi-Terminal configuration. The introduction of HVDC transmission systems will eventually result in a hybrid high voltage AC/DC power system, which requires to be analyzed as a unique system in order to understand the interactions between the AC network and the DC grid.This thesis addresses the transient stability analysis of hybrid AC/DC electric transmission systems. More in particular, two questions sought to be investigated: What is the impact of a DC contingency on AC transient stability? How can we take advantage of the of DC transmission systems as control inputs in order to enhance AC transient stability?In the first part of this work, the mathematical models of the hybrid AC/DC grid are described as well as the necessary tools for the analysis of the system taking into account its nonlinear nature. Then, a thorough analysis of transient stability of the power system in the particular case of a DC fault and the execution of the corresponding protection strategies is done. As a complement, stability indicators and tools for sizing future MTDC grids in order to respect the constraints of existing protection strategies are proposed.The second part of the thesis addresses the control proposals for the modulation of power references of the HVDC transmission systems with the purpose of transient stability enhancement of the surrounding AC system. Firstly, we focus our study in the nonlinear control of point-to-point HVDC links in hybrid corridors. Fast power compensation, injection of damping power and injection of synchronizing power are identified as the mechanisms through which HVDC systems can improve stability margins.Finally, a control strategy for transient stability enhancement via active power injections of an MTDC grid is proposed. Using communication between the stations, the proposed decentralized control injects damping and synchronizing power between each pair of converters using only measurements at the converters level. The proposed implementation allows to fully use the available headroom of the converters by dealing with power limits in a decentralized way

Nous proposons dans cette thèse, différents outils de réglage de tension et de gestion de la puissance réactive en fonction des conditions de raccordement des éoliennes au réseau électrique. Trois cas figure sont étudiés : raccordement direct sur un poste source de distribution, raccordement des éoliennes réparties dans un réseau de distribution et raccordement d'un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport.Un algorithme de réglage basé sur l'asservissement de la puissance réactive est proposé pour le raccordement direct d'un parc sur un poste source. Un réglage coordonné de tension en présence de régleur en charge est proposé (D-RCT) pour le raccordement des éoliennes reparties dans un réseau de distribution. On propose aussi une version plus décentralisée du réglage coordonné (D2-RCT) qui pourrait être implantée sous forme de système multi-agents intelligents (SMA). Un system de control multi-niveaux est proposé pour le raccordement d'un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport. Il permet de répondre de manière optimale à une demande puissance réactive envoyée par le gestionnaire du réseau de transport. Les différents types de réglages proposés sont basés sur des algorithmes d'optimisation multi-objectifs. Afin de valider en temps réel le bon fonctionnement des stratégies de réglages développées ainsi que leurs modes de communication, une implantation expérimentale sous simulateur temps réel RT-Lab a été effectuée. Enfin, les résultats des simulations montrent l'amélioration de l'intégration de la production décentralisée dans les réseaux électriques

Ce mémoire de thèse comprend trois parties, formées chacune de deux chapitres. La première partie est consacrée aux évolutions réglementaires
récentes dans le secteur électrique, leurs modalités et leurs enjeux. La seconde traite des questions d'efficacité tarifaire des prix d'accès. La troisième enfin aborde la question de la réglementation et, plus généralement, de la régulation d'un système électrique ouvert.
Le premier chapitre vise à décortiquer in concreto les relations de dépendance mutuelle, d'interpénétration entre les considérations économiques et les considérations extra économiques (i.e. réglementaires au sens large ou même politiques) dans l'organisation industrielle traditionnelle (on peut parler de modèle) du secteur électrique dans les sociétés développées.
Nous analysons le rôle essentiel du couple interconnexion/ intégration dans cette organisation.
C'est cet équilibre complexe qui est globalement remis en cause par les évolutions réglementaires récentes, auxquelles est consacré le deuxième
chapitre. La perspective adoptée dans l'analyse nous permet d'expliciter les principaux enjeux de ces évolutions : promotion de l'efficacité économique
(au sens large) ; préservation des conditions d'exercice de différentes missions 'de service public' (ou 'd'intérêt économique général'). Nous tentons de
préciser le plus finement possible les termes économiques dans lesquels ces enjeux se présentent aux réglementeurs du secteur électrique.
Le troisième chapitre débute l'étude plus normative du problème des prix d'accès. La notion de coût marginal de court terme de transport, qui
soulève ici des problèmes conceptuels inusités, y est présentée et discutée. Nous étudions en particulier les limitations à l'efficacité de ces coûts
marginaux qui résultent de la présence d'externalités, de problèmes informationnels et de l'existence de coûts de transaction.
Nous poursuivons cette démarche dans le quatrième chapitre, en étudiant d'une part les conséquences pratiques en termes d'efficacité des indivisibilités dans les fonctions de coût de réseau, et d'autre part celles de la variabilité-imprévisibilité des coûts marginaux de court terme de transport.
Nous proposons différents critères et principes pour limiter en pratique les inefficacités induites.
Dans le cinquième chapitre, nous abordons le problème de la réglementation sous un angle plus concret que ne le font les modèles théoriques, et en tenant compte des principales interdépendances entre les coûts de production et les coûts de réseau. Nous insistons sur les aspects du problème spécifiques à l'électricité (par rapport aux modèles théoriques généraux).
Le sixième chapitre est consacré à une discussion moins formalisée de l'équilibre réglementaire à long terme nécessaire à la régulation d'un système
électrique ouvert. Il met en perspective certaines pratiques réglementaires observées. Il pose la question essentielle de l'arbitrage entre consommateurs 'domestiques' et industriels.
Enfin la conclusion récapitule l'essentiel des résultats de l'étude, en évalue la portée et propose des voies de recherche

Depuis son invention, l'électricité joue un rôle essentiel dans notre vie quotidienne. L'apparition des premières installations de production d'électricité à la fin du XIXème siècle a ouvert la voie au système électrique et à ses sous-systèmes. Les consommateurs d'énergie électrique exigent un service fiable en termes de stabilité et de sécurité du réseau électrique. Depuis la libéralisation des marchés, les producteurs d'énergie électrique, les fournisseurs de services publics et d'équipements, en tant qu'acteurs principaux, suivent une tendance émergente pour satisfaire les demandes des consommateurs. Cette tendance implique l'amélioration des technologies, l'innovation et le respect des normes et des réglementations gouvernementales. Tous ces efforts ont été qualifiés de concept de réseaux intelligents (Smart Grid en anglais) qui évolue pour répondre aux demandes futures.Les sous-stations numériques modernes et futures façonnent des nœuds essentiels dans le réseau électrique, où la stabilité du flux d'énergie électrique, la conversion des niveaux de tension et la protection de l'équipement du poste de commutation figurent parmi les principaux rôles de ces nœuds. La norme prometteuse CEI 61850 et ses composants apportent de nouvelles fonctionnalités aux systèmes d'automatisation des postes. L'utilisation de la communication Ethernet dans ces systèmes réduit la quantité de connexions câblées qui réduit l'encombrement de l'équipement de la sous-station, des dispositifs et de leur câblage.L'intégration des nouvelles fonctionnalités CEI 61850 au niveau des sous-stations requiert des compétences multidisciplinaires. Par exemple, considérons les tâches de protection et de contrôle de la puissance d'un côté et les technologies de l'information et de la communication de l'autre. La dépendance entre les fonctions d'automatisation des sous-stations et les réseaux de communication à l'intérieur d'une sous-station pose de nouveaux défis aux concepteurs, intégrateurs et testeurs. Ainsi, étudier la fiabilité des fonctionnalités du système, par exemple, les schémas de protection, exige de nouvelles méthodes d'essai où les méthodes conventionnelles ne sont pas applicables. Les nouvelles techniques devraient fournir des moyens d'évaluer les performances des systèmes conçus et de vérifier leur conformité aux exigences des normes.Afin d'améliorer la fiabilité du système conçu, ce travail vise à développer des méthodes pour tester les systèmes d'automatisation de sous-station CEI 61850, en particulier sur les processus et les niveaux de la baie, dans une plate-forme dédiée aux tâches de recherche. Cette plate-forme incorpore des dispositifs de pointe et des cartes de test qui aideront à observer simultanément les interactions dynamiques des transitoires de puissance et les perturbations du réseau de communication. Les données obtenues lors des tests expérimentaux seront utilisées pour diagnostiquer les défaillances et classer leurs causes afin de les supprimer et d'améliorer la fiabilité du système conçu
Since its invention, Electricity has played a vital role in our everyday life. The appearance of the first power production facilities in the late nineteenth century paved the way for the electrical power system and its subsystems. Consumers of electric power demand dependable service in terms of power grid stability and safety. Since the liberalization of the markets, producers of electric power, utilities and equipment suppliers, as principal players, are following an emerging trend to satisfy consumers’ demands. This trend involves improving technologies, innovating and respecting standards requirements and governments’ regulations. All these efforts termed as the concept of the Smart Grid that is evolving to meet future demands.Modern and future digital substations shape essential nodes in the grid, where stability of electric power flow, converting of voltage levels and protecting switchyard equipment are among the primary roles of these nodes. The promising standard IEC 61850 and its parts, bring new features to the substation automation systems. The use of Ethernet based communication within these systems reduces the amount of hardwired connections that results in lowering footprint of substation equipment, devices and their cabling.Integration of the new IEC 61850 features at the substation levels requires multidiscipline competences. For instance, consider power protection and control tasks from one side and information and communication technologies from the other side. Dependency between substation automation functions and communication networks inside a substation brings new kinds of challenges to designers, integrators and testers. Thus, investigating the dependability of the system functionalities, e.g. the protection schemes, requires new methods of testing where conventional methods are not applicable. The new techniques should provide means to evaluate performance of designed systems and checking their conformance to the standards requirements.In order to improve the designed system dependability, this work aims to develop methods for testing the IEC 61850 enabled substation automation systems, especially on the process and the bay levels, in a platform dedicated for research tasks. This platform incorporates state-of-art devices and test-set cards that will help to simultaneously observe dynamic interactions of the power transients and communication network perturbations. Data obtained during the experimental tests will be used for diagnosing of failures and classifying their causes in order to remove them and enhance dependability of the designed system

Dans la conception et l'exploitation des grands réseaux, l'analyse de la sécurité en temps ré el est difficile en raison du conflit entre la précision et la rapidité demandées. La procédure d'analyse de sécurité est réalisée périodiquement. Pour un cycle donné, d'un point de vue historique, elle n'utilise pas les informations relatives à l'analyse effectuée lors du cycle précédent. Le but de notre recherche et de trouver et de développer la relation existant entre l'évaluation de la sécurité à l'instant Ta et l'évaluation suivante (instant To+A t). Cela représente un intérê t certain, car l'évaluation à To+A t sera simplifiée par la connaissance de l'état du cycle précédent. Un algorithme général pour l'automatisation de l'analyse cyclique de sécurité est proposé. Le concept de localisation est également étudié et introduit dans cet algorithme. Ainsi, il permet d'accélérer le calcul des transits et des tensions qui résultent de la perte d'une branche du réseau en tenant compte de la courbe de charge journalière. Les essais effectués sur le réseau France 400 kV simplifié contenant 206 noeuds et 299 branches nous montrent les performances de la méthode