Sur la stabilisation des réseaux électriques : mise en oeuvre sur bancs d'essais de commandes non linéaires

par Raphaël Goma

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Automatique

Sous la direction de Emmanuel Delaleau.

Soutenue en 2004

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Implémentation
• Temps réel

Résumé

L'objectif de cette thèse est de développer et de mettre en pratique sur les bancs d'essais de nouvelles techniques de commande non linéaire qui permettent de stabiliser les alternateurs couplés à un réseau électrique de forte puissance et un réseaux de plusieurs alternateurs. Deux types de régulateurs sont présentés. Le premier est un contrôleur non linéaire adaptatif dont la particulatité est d'amener le système vers un nouveau point d'équilibre au démarrage de l'adaptation et d'assurer la stabilité asymptotique. Il est conçu selon les techniques de linéarisation par retour d'état et la méthode de Lyapunov. Le second régulateur est un contrôleur non linéaire multivariable à découpage, basé sur la technique de linéarisation entrée-sortie. Ces régulateurs permettent de stabiliser le système autour d'un " spèctre" de points de fonctionnement le plus grand possible enprésence des perturbations sévères, d'améliorer la performance transitoire et d'amortir de façon significative les oscillations locales et inter-zones. Nous proposons des algorithmes qui permettent, à partir des grandeurs mesurables telles que la puissance active et la puissance réactive ainsi que la tension terminale, de calculer la réactance de l'impédance de la ligne de transport d'énergie et l'angle d'échange de puissance entre l'alternateur et le réseau de forte puissance. Enfin, nous montrons à partir des résultats pratiques, les performances et l'avantage des contrôleurs non linéaires, ainsi que les limites des contrôleurs linéaires classiques.

Titre traduit

On the electric network stabilization : implementation of nonlinear controllers in the bechemark

Résumé

This thesis develops and presents two new nonlinear controllers for power systems stabilization. The first controller is an adaptive nonlinear one using feedback linearisation technique where the system is driven to the new equilibrium point as the adaptation runs, and try to assure better than just asymptotical stability. The second is a robust nonlinear controller for the multi-input multi-output model. It consists of applying nonlinear linearizing and decoupling synchronous machines excitation and turbine gate input. A real-time implementation of these nonlinear controllers is investigated. The experimental setup of these powers systems includes synchronous machine connected to a large power system through a transmission line and a multimachine network. The controllers proposed here are assumed to achieve transient stabilization and voltage regulation when large and sudden faults occur on the transmission line, or to the multimachine network, so that the mechanical power may permanently take any value within its physical bounds. We propose to rebuilt the power angle and the transmission line through available measures. The efficiency of the proposed controllers has been verified via experimental results and compared to the performance of the standard linear controllers such as the Automatic Voltage Regulator (AVR) and Power System Stabilizer (PSS). Results of the experimental studies demonstrate the effectiveness of these nonlinear controllers. It is shown via the experimental results that the operating equilibrium region is enlarged and the inter-area oscillations are also well damped.