Novel load-based control strategies for power system primary frequency regulation PDF Download
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Author: Atieh Delavari Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 129
Book Description
Toute déséquilibre entre génération de puissance et consommation de charge doit être corrigée rapidement afin d'éviter une déviation de fréquence qui risquerait de menacer la stabilité et la sécurité du réseau électrique. La génération est typiquement centralisée à quelques endroits sur le réseau électrique, par contre la charge est fortement distribuée partout sur le réseau. Comparés à la plupart des générateurs conventionnels, les dispositifs de commutation toutou- rien installés du côté de la demande permettent aux charges de réagir plus rapidement aux perturbations du système. Cette caractéristique, associée aux nouvelles technologies de mesures, de télécommunication, et de calcul à haute performance, permettent d'agir efficacement sur les dispositifs du côté de la demande et font de ces dispositifs des candidats idéaux pour la régulation des fréquences primaires. Cette thèse propose trois solutions permettant de pallier aux limites de performance des approches de contrôle de charge décentralisées utilisées à ce jour dans les réseaux électriques comportant des ressources distribuées du côté de la charge : *Contrôle de charge optimal amélioré (IOLC) : Nous introduisons une approche améliorée du contrôle de charge optimal (IOLC) en appliquant une méthode systématique de réglage du gain à l'OLC conventionnel. l'Algorithme génétique NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) avec Algorithme de Sélection de logique flou (Fuzzy Selection Algorithm) est employé comme procédure d'ajustement de gain multi-objectif dans l'approche IOLC. Nous montrons par simulation que l'IOLC peut atteindre une meilleure performance générale par rapport à l'OLC, que la boucle d'asservissement turbine-régulateur de vitesse (TG) soit activée ou désactivée. *Contrôle direct de la charge avec une architecture hiérarchique, clairsemée et résiliente : Nous concevons et développons une stratégie hiérarchique de modulation de charge et d'élagage des capteurs pour l'amélioration de la réponse en fréquence primaire et l'amortissement des oscillations inter-zones. La structure de commande de charge hiérarchique coordonnée que nous proposons, utilise à la fois la commande locale et la commande globale, avec des contrôleurs utilisant des mesures à distance et des signaux de commande dans une structure distribué sur une grande surface, de façon éparse et optimale. La couche locale de bas niveau traite avec précision la réponse à la demande et la régulation de fréquence, tandis que la couche de supervision agencée de manière creuse avec un nombre minimal de paires (mesure-contrôle) améliore les performances et les marges de stabilité du système, tout en réduisant le coût du transfert des données, les liaisons de communication et la complexité du réseau. *Contrôle de charge basé sur l'inertie virtuelle : Compte tenu des charges agrégées intégrées au stockage, nous étendons le contrôle de charge conventionnel pour habiliter l'inertie virtuelle dans les réseaux électriques à faible inertie. Le signal de contrôle de charge basé sur l'inertie virtuelle minimise donc le taux de variation de fréquence ainsi que l'erreur de fréquence afin de rétablir plus promptement l'équilibre production-demande souhaité sur le réseau. Nous montrons par simulation que l'inertie virtuelle basée sur la charge permet une meilleure régulation de la fréquence du système avec une performance transitoire remarquablement améliorée, une un nadir (creux) de fréquence et une erreur en régime permanent en supprimant approximativement des charges égales ou même avec moins de charges contrôlables par rapport au contrôle de charges conventionnel. En outre, nous développons deux systèmes de références à l'aide du logiciel de simulation Simscape Power Systems (SPS) couramment utilisés pour l'éducation et la recherche dans le domaine des réseaux électriques dans le monde entier. Nous présentons également un bloc de mesure de fréquence, qui a été ajouté à la bibliothèque de modèles de la dernière version commerciale de SPS (R2018a), permettant de mesurer la fréquence dans un modèle simulé en mode phaseur.
Author: Atieh Delavari Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 129
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Toute déséquilibre entre génération de puissance et consommation de charge doit être corrigée rapidement afin d'éviter une déviation de fréquence qui risquerait de menacer la stabilité et la sécurité du réseau électrique. La génération est typiquement centralisée à quelques endroits sur le réseau électrique, par contre la charge est fortement distribuée partout sur le réseau. Comparés à la plupart des générateurs conventionnels, les dispositifs de commutation toutou- rien installés du côté de la demande permettent aux charges de réagir plus rapidement aux perturbations du système. Cette caractéristique, associée aux nouvelles technologies de mesures, de télécommunication, et de calcul à haute performance, permettent d'agir efficacement sur les dispositifs du côté de la demande et font de ces dispositifs des candidats idéaux pour la régulation des fréquences primaires. Cette thèse propose trois solutions permettant de pallier aux limites de performance des approches de contrôle de charge décentralisées utilisées à ce jour dans les réseaux électriques comportant des ressources distribuées du côté de la charge : *Contrôle de charge optimal amélioré (IOLC) : Nous introduisons une approche améliorée du contrôle de charge optimal (IOLC) en appliquant une méthode systématique de réglage du gain à l'OLC conventionnel. l'Algorithme génétique NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) avec Algorithme de Sélection de logique flou (Fuzzy Selection Algorithm) est employé comme procédure d'ajustement de gain multi-objectif dans l'approche IOLC. Nous montrons par simulation que l'IOLC peut atteindre une meilleure performance générale par rapport à l'OLC, que la boucle d'asservissement turbine-régulateur de vitesse (TG) soit activée ou désactivée. *Contrôle direct de la charge avec une architecture hiérarchique, clairsemée et résiliente : Nous concevons et développons une stratégie hiérarchique de modulation de charge et d'élagage des capteurs pour l'amélioration de la réponse en fréquence primaire et l'amortissement des oscillations inter-zones. La structure de commande de charge hiérarchique coordonnée que nous proposons, utilise à la fois la commande locale et la commande globale, avec des contrôleurs utilisant des mesures à distance et des signaux de commande dans une structure distribué sur une grande surface, de façon éparse et optimale. La couche locale de bas niveau traite avec précision la réponse à la demande et la régulation de fréquence, tandis que la couche de supervision agencée de manière creuse avec un nombre minimal de paires (mesure-contrôle) améliore les performances et les marges de stabilité du système, tout en réduisant le coût du transfert des données, les liaisons de communication et la complexité du réseau. *Contrôle de charge basé sur l'inertie virtuelle : Compte tenu des charges agrégées intégrées au stockage, nous étendons le contrôle de charge conventionnel pour habiliter l'inertie virtuelle dans les réseaux électriques à faible inertie. Le signal de contrôle de charge basé sur l'inertie virtuelle minimise donc le taux de variation de fréquence ainsi que l'erreur de fréquence afin de rétablir plus promptement l'équilibre production-demande souhaité sur le réseau. Nous montrons par simulation que l'inertie virtuelle basée sur la charge permet une meilleure régulation de la fréquence du système avec une performance transitoire remarquablement améliorée, une un nadir (creux) de fréquence et une erreur en régime permanent en supprimant approximativement des charges égales ou même avec moins de charges contrôlables par rapport au contrôle de charges conventionnel. En outre, nous développons deux systèmes de références à l'aide du logiciel de simulation Simscape Power Systems (SPS) couramment utilisés pour l'éducation et la recherche dans le domaine des réseaux électriques dans le monde entier. Nous présentons également un bloc de mesure de fréquence, qui a été ajouté à la bibliothèque de modèles de la dernière version commerciale de SPS (R2018a), permettant de mesurer la fréquence dans un modèle simulé en mode phaseur.
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Le principal défi du contrôle et de la gestion des réseaux électriques intelligents (Smartgrids) est la quantité de données à traiter. Les techniques classiques centralisées, même si elles offrent l'avantage de facilité de gestion par leur vision globale du réseau, ne supportent pas en pratique la croissance continue des volumes de données (bande passante limitée, goulot d'étranglement, quantité de calculs à assurer, etc.). Le passage à un contrôle et une gestion décentralisée (répartie), où le système est composé d'une multitude d'unités de calcul coopérantes, offre de très bonnes perspectives (robustesse, calcul au plus près des producteurs et consommateurs de données, exploitation de toutes les ressources disponibles), mais reste difficile à mettre en place. En effet, la programmation d'algorithmes distribués nécessite de prendre en compte les échanges de données et la synchronisation des unités participantes, cette complexité augmentant avec le nombre d'unités. Dans cette thèse, nous proposons une approche innovante de programmation de haut niveau d'abstraction masquant ces difficultés.Tout d'abord, nous proposons d'abstraire l'ensemble des unités de calcul du Smartgrid (compteur intelligent, capteurs, concentrateurs de données, etc.) sous forme d'une base de données distribuées. Chaque unité de calcul hébergeant une base de données locale et seules les données nécessaires à la poursuite du calcul sont échangées avec d'autres unités, ce qui diminue l'utilisation de la bande passante disponible. L'utilisation d'un langage de manipulation de données déclaratif simplifiera la programmation des applications de contrôle et de gestion. Nous proposons également SmartLog, un langage à base de règles (basé sur le langage Datalog et ses dérivés) dédié à ces applications. Il facilite la programmation distribuée des applications Smartgrid en réagissant immédiatement à tout changement dans les données.Même avec un langage tel que SmartLog, il est nécessaire de prendre en compte les échanges de données et la synchronisation des participants. C'est pourquoi nous proposons ensuite une approche simplifiant la programmation distribuée. Cette approche, nommée CPDE pour Centralized Programmation and Distributed Execution, consiste en deux étapes : (i) programmer l'application centralisée en SmartLog, car cela est plus facile, et (ii) traduire le programme centralisé en programme distribué en se basant sur la localisation réelle des données. Pour ce faire, nous proposons un algorithme de distribution semi-automatique des règles SmartLog.Afin de démontrer l'intérêt de CPDE, nous avons mené une expérimentation exhaustive en utilisant des applications et des algorithmes réellement utilisés dans les Smartgrids, telles que le contrôle secondaire dans les micro-réseaux isolés ou la régulation de tension équitable. L'expérimentation a été réalisée sur une plate-forme de simulation de réseau électrique temps réel, avec une machine de simulation OPAL-RT, et des un réseau Raspberry-Pi représentant les unités de calcul (leurs performances sont tout à fait comparables aux équipements réels). Cette expérimentation a permis de valider les comportements et les performances des programmes distribués conçus avec CPDE comparativement à leurs versions centralisées en SmartLog et à leurs versions de référence implantés en Java. Nous avons également étudié l'impact de différents paramètres, tels que le nombre d'unités de calcul ou les différentes alternatives de répartition des données.
Author: Jules Bonaventure Mogo Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 132
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Les réseaux électriques sont sujets aux aléas divers pouvant éventuellement mettre en péril leur sûreté. Des évènements résultants de l'aléa météorologique ou de la défaillance stochastique des composants du réseau tels qu'une fluctuation de températures hors saison ou la perte d'une unité de production, peuvent causer des déséquilibres inattendus entre l'offre et la demande et entraîner des délestages. Pour faire face à ces aléas, des marges de puissance ou "réserve" sont ménagées par rapport au strict équilibrage de l'offre et de la demande prévisionnelle. Cependant, déterminer la quantité de réserve suffisante pour une opération fiable et rentable est un problème difficile à résoudre, particulièrement en présence d'incertitude croissante due à la libéralisation du marché de l'électricité et à la pénétration à grande échelle des éoliennes sur le réseau. L'approche déterministe considère un niveau de réserve statique du jour pour le lendemain. L'énergie éolienne étant faiblement prévisible, de la réserve supplémentaire est requise pour pallier l'intermittence du vent. Parce que les éoliennes ne sont pas distribuables, les générateurs conventionnels ont été laissés sous pression en répondant aux variations larges et rapides de la charge nette du réseau. Étant données les contraintes de rampe qui limitent leur flexibilité, le bon fonctionnement du marché de l'électricité peut être altéré parce que les transactions d'énergie qui y sont contractées risquent de ne pas être réalisées en temps réel comme convenu pour des raisons de sécurité. Dans ce contexte, l'utilisation de l'approche déterministe à elle seule comme c'est le cas aujourd'hui, pourrait ne pas être économique ou fiable pour contenir les risques encourus; d'où la nécessité des méthodes sophistiquées basées sur une représentation plus complexe de l'incertitude. Cette thèse propose des solutions viables et efficientes à l'incertitude croissante dans l'opération à court terme des réseaux électriques en présence d'éoliennes à grande échelle et dans un contexte de compétition. Le caractère conservatif de la méthode déterministe a été grandement amélioré par une génération de réserve supplémentaire, contrôlable, et qui tient en compte l'aspect stochastique des éoliennes. La mutualisation des capacités via l'interconnexion permet d'alléger la contrainte d'équilibrage du réseau et de réduire les secousses autour des générateurs conventionnels. Afin de faciliter les transactions d'énergie sur le marché, des règles ont été élaborées pour inciter la mise en disponibilité des générateurs à larges paliers de rampes. Un problème combiné de la programmation des centrales et de transit optimal de puissance incorporant tous les objectifs sus-cités a été formulé. Traduit en programmation mixte quadratique car générant des solutions faisables dont le niveau d'optimalité est connu, celui-ci a été utilisé pour investiguer divers effets de l'interconnexion sur la réduction des coûts d'exploitations associés à plus d'éoliennes sur le réseau. Enfin et surtout, la capacité de notre modèle à résister aux contingences a été validée avec un modèle qui tient compte de l'aspect aléatoire des composants du réseau à tomber en panne. Ce qui nous a permis d'ajuster notre stratégie du marché du jour pour le lendemain par rapport à celui du temps réel. Notre modèle se distingue par sa rapidité et sa capacité `a révéler les coûts cachés de l'intégration des éoliennes dans les réseaux électriques.
Author: Weerakorn Ongsakul Publisher: CRC Press ISBN: 1466573422 Category : Mathematics Languages : en Pages : 518
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With the considerable increase of AI applications, AI is being increasingly used to solve optimization problems in engineering. In the past two decades, the applications of artificial intelligence in power systems have attracted much research. This book covers the current level of applications of artificial intelligence to the optimization problems
Author: ROBOAM Xavier Publisher: Lavoisier ISBN: 2746281937 Category : Languages : en Pages : 306
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Le contexte économique impose des systèmes toujours plus performants, minimisant coûts d’investissement et de possession. Si les méthodes d’analyse, de synthèse et de gestion présentées dans le premier volume Conception systémique pour la conversion d’énergie électrique 1 participent à l’optimisation des systèmes énergétiques, les techniques traitées dans cet ouvrage proposent d’aller encore plus loin dans la performance. La complexité de systèmes multidisciplinaires à fort degré de couplage augmentant, le processus de conception par optimisation consistant à coupler un modèle à un algorithme d’optimisation au sein d’un environnement logiciel devient dès lors indispensable. Ce volume rassemble les points-clés permettant de représenter efficacement et de façon compacte l’environnement système et les profils de mission, mais également les méthodes, modèles et outils dédiés à l’optimisation. Les approches multiniveaux de conception et l’optimisation technico-économique des réseaux électriques sont particulièrement détaillées.
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Les applications d'aujourd'hui nécessitent de combiner haute performance et efficacité énergétique. Cet objectif est accessible grâce aux "Multiprocessor System-on-Chip" (MPSoC), qui fournissent un haut niveau d'adaptabilité, de performance, de fiabilité et d'efficacité énergétique. Néanmoins, ils doivent être couplés à des systèmes de décision et de gestion de la consommation, qui adaptent en permanence leur mode de fonctionnement. Cela nous amène à parler des réseaux de neurones, qui bénéficient de résultats de la biologie. Ils peuvent servir comme mémoire associative, avec un processus de relecture très économe en énergie. Nous analysons ces réseaux dans des applications de gestion de l'alimentation, avec des données du monde réel. Nous montrons que pour être appliqués à des applications du monde réel, le modèle de réseaux de cliques neurales initialement proposé doit être amélioré. Nous proposons plusieurs améliorations et présentons le concept de neurones jumeaux. L'activité parcimonieuse dans ces réseaux ouvre des opportunités pour des implémentations à faible consommation. Nous montrons que les cliques neurales sont plus efficaces en terme d'énergie que des solutions de gestion de l'alimentation reposant sur la théorie des jeux ou des "Content-Addressable Memory" (CAM). En outre, nous proposons une nouvelle approche d'interconnexion 3D pour l'implémentation physique de cliques neurales à haute performance. Nous montrons des gains importants en terme de longueur totale d'interconnexion et consommation d'énergie.
Author: Hussein Al Haj Hassan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
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L'Internet est l'une des principales infrastructures créées dans les dernières années. Avec sa popularité croissante, l'empreinte énergétique d'Internet devient un facteur important à considérer. Une des façons les plus fréquentes d'accès à l'Internet se fait via la communication sans fil cellulaire, qui consomme plus de 0,5% de l'approvisionnement mondial en énergie. Ce pourcentage augmentera encore plus avec la croissance drastique de la demande des usagers. Tenant compte du fait que les stations de base sont le consommateur majeur de l'énergie, leur alimentation avec des sources d'énergie renouvelable a le potentiel de devenir un outil indispensable pour les opérateurs de réseaux mobiles. Il est donc important d'étudier le sujet afin de déterminer les gains potentiels, les scénarios d'applicabilité, les stratégies de déploiement et des nouvelles architectures de système. Dans le secteur de l'énergie, des efforts importants ont été dépensés pour l'évolution du réseau électrique en un réseau plus intelligent, la Smart Grid. Avec les fonctionnalités avancées de Smart Grid, il est obligatoire qu'elle soit considérée en étudiant le comportement énergétique des réseaux mobiles liés au réseau électrique. Cette thèse vise à contribuer dans le domaine des techniques dans les réseaux mobiles alimentés par des sources d'énergie renouvelables et par le réseau électrique du type Smart Grid.
Author: Amanda Abreu De Oliveira Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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La maîtrise des flux énergétiques à l'intérieur de l'habitat est un sujet d'actualité largement promu par l'engagement gouvernemental et incité par l'évolution croissante des solutions technologiques pour les bâtiments intelligents. Pour faire face aux nouveaux besoins d'efficacité, les gestionnaires d'énergie doivent être capables de piloter de manière opportune l'utilisation des équipements de consommation ainsi que d'optimiser le confort des occupants. Ce mémoire étudie les stratégies de commande prédictive hiérarchisée hybride à multi-échelles de temps appliquées à la gestion d'énergie dans les bâtiments. Le contrôleur proposé est composé de deux niveaux. Un niveau supérieur qui met en oeuvre une optimisation économique pour planifier l'utilisation de l'énergie à long terme. Et un niveau inférieur responsable d'assurer le suivi de la planification en exécutant une optimisation à horizon de prédiction plus court et une fréquence d'échantillonnage plus élevée. Les niveaux travaillent ensemble pour maîtriser conjointement l'énergie et la puissance du système. Deux sujets liés au fonctionnement des contrôleurs à multi-échelle de temps sont considérés. Le premier est l'interaction entre les niveaux d'optimisation et la cohérence des informations échangées. Différentes stratégies pour projeter les résultats du niveau supérieur au niveau inférieur sont comparées en soulignant leur impact sur le comportement de la commande finale. Le deuxième est l'adaptation de l'approche hiérarchisée pour le pilotage des charges du type Marche/Arrêt. Une analyse géométrique de l'espace de décision du problème d'optimisation long terme du contrôleur est réalisée pour étudier les conséquences de l'ajout des contraintes binaires. Nous proposons ensuite, une reformulation capable d'améliorer la qualité de la commande finale et de limiter l'effort nécessaire pour trouver la solution.
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L'intégration des sources d'énergies renouvelables dans le mix énergétique et les réseaux électriques constitue un défi du fait de leur intermittence et de leur coût d'installation. Il est donc important de prendre en compte la nature intermittente des sources d'énergies renouvelables lors de l'analyse de leur interaction avec les sources d'énergies conventionnelles et le réseau de distribution. Les objectifs principaux de cette thèse sont le contrôle d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et l'optimisation de la gestion des flux d'énergies dans un tel système. En premier lieu, une loi de commande IDA-PBC basée sur la passivité est développée pour contrôler les convertisseurs d'interface DC/DC et DC/AC au sein d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batterie/supercondensateur. Cette commande permet de maintenir un courant stable sans perturbations dans la batterie et le réseau et de stabiliser la tension de bus continu. En second lieu, une méthode de dimensionnement est élaborée pour un micro-réseau autonome à courant continu alimenté par une source photovoltaïque et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batteries/pompage hydraulique. Cette étude s'intéresse également à l'optimisation de la gestion d'énergie au sein de ce système. En dernier lieu, une méthodologie d'optimisation multi-objectifs par algorithme génétique est proposée pour optimiser le dimensionnement de ce micro-réseau. Les critères d'évaluation de la configuration optimale du micro-réseau (capacité photovoltaïque, capacité des batteries et capacité du réservoir supérieur d'eau) sont la probabilité de perte de charge LPSP et le coût actualisé de l'énergie LCE.
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Aujourd'hui, les appareils électroniques offrent de plus en plus de fonctionnalités (vidéo, audio, GPS, internet) et des connectivités variées (multi-systèmes de radio avec WiFi, Bluetooth, UMTS, HSPA, LTE-advanced ... ). La demande en puissance de ces appareils est donc grandissante pour la partie numérique et notamment le processeur de calcul. Pour répondre à ce besoin sans cesse croissant de nouvelles fonctionnalités et donc de puissance de calcul, les architectures des processeurs ont beaucoup évolué : processeurs multi-coeurs, processeurs graphiques (GPU) et autres accélérateurs matériels dédiés. Cependant, alors que de nouvelles architectures matérielles peinent à répondre aux exigences de performance, l'évolution de la technologie des batteries est quant à elle encore plus lente. En conséquence, l'autonomie des systèmes embarqués est aujourd'hui sous pression. Parmi les nouveaux services supportés par les terminaux mobiles, la vidéo prend une place prépondérante. En effet, des analyses récentes de tendance montrent qu'elle représentera 70 % du trafic internet mobile dès 2016. Accompagnant cette croissance, de nouvelles technologies émergent permettant de nouveaux services et applications. Parmi elles, HEVC (High Efficiency Video Coding) permet de doubler la compression de données tout en garantissant une qualité subjective équivalente à son prédécesseur, la norme H.264. Dans un circuit numérique, la consommation provient de deux éléments: la puissance statique et la puissance dynamique. La plupart des architectures matérielles récentes mettent en oeuvre des procédés permettant de contrôler la puissance du système. Le changement dynamique du couple tension/fréquence appelé Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) agit principalement sur la puissance dynamique du circuit. Cette technique permet d'adapter la puissance du processeur (et donc sa consommation) à la charge réelle nécessaire pour une application. Pour contrôler la puissance statique, le Dynamic Power Management (DPM, ou modes de veille) consistant à arrêter les alimentations associées à des zones spécifiques de la puce. Dans cette thèse, nous présentons d'abord une modélisation de l'énergie consommée par le circuit intégrant les modes DVFS et DPM. Cette modélisation est généralisée au circuit multi-coeurs et intégrée à un outil de prototypage rapide. Ainsi le point de fonctionnement optimal d'un circuit, la fréquence de fonctionnement et le nombre de coeurs actifs, est identifié. Dans un second temps, l'application HEVC est intégrée à une architecture multi-coeurs avec une adaptation dynamique de la fréquence de développement. Nous montrons que cette application peut être implémentée efficacement sur des processeurs généralistes (GPP) tout en minimisant la puissance consommée. Enfin, et pour aller plus loin dans les gains en énergie, nous proposons une modification du décodeur HEVC qui permet à un décodeur de baisser encore plus sa consommation en fonction du budget énergétique disponible localement.
Author: Atieh Delavari
Author: Atieh Delavari
Author: Thi Thanh Quynh Nguyen
Author: Jules Bonaventure Mogo
Author: Weerakorn Ongsakul
Author: ROBOAM Xavier
Author: Bartosz Bogulawski
Author: Hussein Al Haj Hassan
Author: Amanda Abreu De Oliveira
Author: Chaima Ghanjati
Author: Erwan Nogues