Stabilité du réseau électrique de distribution. Analyse du point de vue automatique d'un système complexe

par Marjorie Cosson

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Didier Dumur.

Soutenue le 19-09-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne) , en partenariat avec CentraleSupélec (2015-....) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des signaux et systèmes (L2S) (Gif-sur-Yvette, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Antoine Girard.

Le jury était composé de Didier Dumur, Raphaël Caire, Bogdan Marinescu, Hervé Guéguen, Vincent Gabrion.

Les rapporteurs étaient Frédéric Kratz, Bruno François.

mots clés

• Analyse de stabilité
• Systèmes hybrides
• Insertion de la production décentralisée
• Stabilité en tension
• Systèmes dynamiques hybrides
• Électricité -- Production -- Génération répartie
• Réseaux électriques (énergie) -- Stabilité
• Systèmes complexes

Résumé

Pour maintenir la tension dans des bornes admissibles, des régulations locales de puissance réactive (Q) en fonction de la tension (U) sont envisagées sur les réseaux de distribution. Ces travaux étudient l’impact de ces régulations sur la stabilité des réseaux de distribution accueillant de la production. Une étude empirique confirme le risque d’instabilité de la tension et souligne le lien avec les paramètres de la régulation. Pour aider les gestionnaires à les choisir, trois méthodes d’étude de la stabilité sont proposées. Tout d’abord, une méthode formelle fondée sur les notions d’abstraction discrète et de bisimulation est développée. Elle offre une grande précision au prix d’un effort de calcul important. Pour contournercette difficulté, un critère analytique portant sur le temps de réponse des régulations Q(U) est formulé. Ensuite, un critère valable dans tous les cas est proposé pour les codes de réseaux. Enfin, l’extension desméthodes à des cas plus complexes est discutée.

mots clés

• Stability analysis
• Hybrid systems
• Distributed generation
• Voltage stability

Titre traduit

Stability of a distribution electrical network. Analysis from a complex system point of view

Résumé

To maintain the voltage within specified limits, local control laws of distributed generators (DGs) reactive power (Q) with respect to their voltage (U) have been considered. This work studies the impact of Q(U) control laws on distribution feeders’voltage stability. An empirical study confirms the risk of voltage instability and highlights its dependence on control law parameters. To help distribution grid operators to choose these parameters, three methods assessing stability are formulated.First, a formal method based on discrete abstraction and bisimulation calculation is developed. The proposed approach yields precise results but with a high computational load. Then, to overcome this issue, an analytical criterion adapting Q(U) control laws response time with respect to grid parameters is formulated. Finally, a general criterion, valid in any cases, is established in order to be included in the grid codes. To conclude this work, extension to more complex cases is discussed.