Distributed generation in distribution network. Pluridisciplinary modeling for the control of sources
Production décentralisée dans les réseaux de distribution. Etude pluridisciplinaire de la modélisation pour le contrôle des sources
Résumé
The introduction of the new type of renewable sources of energy into the distribution networks involves new phenomena that are necessary to study in detail. Simplified modelling used in the simulation software for wide-area networks are initially presented thanks to the Causal Ordering Graph. Simplified methodology is then proposed for new generators connected to the electrical network via power electronic converters. A generic approach for the modelling and the control of the distributed sources is then proposed. We propose a classification of this type of sources in dynamic ones characterized by a cinematic transmission in the generation and static ones where nothing is moving. In each case, we present a general modelling approach based on energy considerations in order to deduce the fundamental control law principles. This approach is then illustrated on the examples of gas micro turbines, fuel cells and photovoltaic systems. We present then two applications of networks dynamics studies. First the problematic of the voltage regulation at the point of common connection of a distributed source is analysed. The main means for voltage regulation used in the distribution networks are listed. The first one is focusing on reactive power. If this one is not sufficient it may be necessary to limit also the active power delivered by the electrical sources. An optimized algorithm of voltage regulation based on both principles is presented. The second example of application is relative to a real time simulation of a micro turbine connected to a Low Voltage electrical network. The control law is tested on an external real-time board and several tests are made to evaluate the behaviour during a short-circuit sequence.
L'introduction des nouveaux moyens de transformation de l'énergie primaire et des nouvelles sources d'énergie renouvelables dans les réseaux de distribution entraîne l'apparition de phénomènes nouveaux qu'il est nécessaire d'étudier en détail. Le recours à la modélisation de ces nouvelles sources est nécessaire afin de permettre la simulation de leur fonctionnement. Les modélisations simplifiées utilisées dans les logiciels grands réseaux sont d'abord présentées à la lumière de l'outil Graphe Informationnel de Causalité. Cette démarche de simplification de modèles est poursuivie pour les nouveaux dispositifs de production à connexion électronique au réseau électrique. Une approche générique de modélisation et de commande des sources distribuées de production d'énergie électrique est ensuite proposée. Nous proposons une classification des sources de production décentralisées connectées aux réseaux BT en sources ynamiques caractérisées par une cinématique de transmission dans la génération de puissance et sources statiques caractérisées par l'absence de mouvement mécanique dans la génération de puissance. Dans un cas comme dans l'autre, nous présentons une approche générale de modélisation de ces sources basées sur des considérations d'échanges énergétiques afin d'en déduire les principes fondamentaux de commande. Cette approche est ensuite illustrée sur l'exemple d'une microturbine à gaz, des systèmes à piles à combustible ainsi que des systèmes photovoltaïques. Dans la partie finale de cette thèse, nous proposons deux exemples d'application d'étude de dynamique de réseaux. Le premier traite de la problématique de la régulation de la tension au point de connexion d'une source de production décentralisée. Les principaux moyens de réglage de la tension utilisés dans les réseaux de distribution sont répertoriés. On s'intéresse au réglage de la tension par le contrôle de la puissance réactive d'abord, puis, lorsque c'est nécessaire, par la limitation de la puissance active des sources de production décentralisée. Un algorithme optimisé de réglage de la tension pour les systèmes de production décentralisée est élaboré et testé en simulation. Le deuxième exemple d'application porte sur l'étude d'une source de production décentralisée (une micro turbine) connectée au réseau de distribution Basse Tension. Cette simulation est implantée sur un simulateur temps réel (Hypersim) de réseau sur lequel la source est connectée ce qui permet le test en temps réel sur de loi de commande externe au simulateur. Une étude du comportement en cas de court-circuit est proposée.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]
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