Cette étude s'intéresse à l'aspect de la non-unifromité de la distribution de la pollution sur la tension de contournement des isolateurs des réseaux électriques

Les travaux de recherche que nous avons poursuivis depuis la thèse se structurent autour des thèmes de la modélisation, de la simulation des réseaux et de l'amélioration des performances des réseaux électriques. Tout d'abord nous présentons les recherches sur la modélisation des réseaux électriques en régime transitoire électromagnétique. Les phénomènes transitoires électromagnétiques comme les surtensions sont analysés et étudiés. Ensuite nous étudions la stabilité de tension, le problème d'optimisation de fonctionnement du réseau, la valorisation de puissance réactive et l'impact de la production décentralisée sur le réseau électrique. Enfin, nous présentons les réseaux électriques du futur, les prospectives et les recherches envisagées, en particulier : * Identification et détermination des limites opérationnelles des réseaux électriques du futur * Les nouvelles stratégies de l'exploitation et de la planification des réseaux électriques intelligents en présence des productions décentralisées et des sources d'énergie renouvelable.

L'ouverture des marchés de l'énergie et la volonté grandissante de protéger l'environnement va conduire au développement massif de la production décentralisée. Les réseaux de transport, déjà saturés, devront être soutenus par les réseaux de distribution auxquels ces nouvelles sources seront connectées. Néanmoins, l'introduction massive de productions décentralisées pourrait modifier le fonctionnement des réseaux de distribution électrique. Cette thèse illustre un meilleur moyen d'accueillir ces productions par l'introduction de nouveaux chemins pour la circulation des flux. Une nouvelle architecture, au mode d'exploitation partiellement bouclé, est ainsi proposée et validée par des études technicoéconomiques et des tests stochastiques. Cette architecture permet d'augmenter l'insertion de production décentralisée dans le réseau à un coût compétitif tout en garantissant les critères de fiabilité du distributeur.

Le fort développement qu'a connu l'énergie éolienne cette dernière décennie en Europe se retrouve aujourd'hui au niveau mondial. Cette croissance a été rendue possible grâce à divers facteurs qui ont guidés les volontés de politique énergétique en faveur de cette énergie. Or un tel développement amène à repenser son intégration dans les systèmes d'énergie électrique. C'est pourquoi les conditions de raccordement qui lui sont imposées évoluent et tendent à ce qu'elle participe aux services système. Ces travaux de thèse s'intéressent à la mise en oeuvre de parcs éoliens basés sur une mixité technologique, capables de satisfaire les nouvelles et futures exigences de raccordement. L'aptitude de différentes technologies d'éoliennes à répondre à différents services est analysée afin de définir les solutions envisageables pour la création de tels parcs éoliens. Ces travaux se conclus sur une étude d'intégration de parcs éoliens mixtes en milieu insulaire.

Cette Thèse traite de la modélisation des réseaux électriques comportant des compensateurs statiques de puissance réactive (SVC). La modélisation est basée sur des modèles d'ordre réduit utilisant la réduction par troncature des valeurs singulières de Hankel et l'identification dynamique N4Sid. Pour le cas de réseaux comportant plusieurs SVC ou composants FACTS (Flexible AC Transmission Systems), on a proposé une structure de modélisation par sous-systèmes calculée par des techniques d'ordre réduit. Ces modèles réduits permettent de calculer des lois de commande type LQG (Linear Quadratic Gaussian Regulator) et des commandes robustes d'ordre réduit qui ont des performances supérieures par rapport aux correcteurs traditionnels des SVC (commande proportionnelle). Avec la structure en sous-systèmes, on a proposé des méthodes de calcul des correcteurs décentralisés appliqués aux réseaux électriques. D'autre part, on a proposé une technique d'analyse de la robustesse des réseaux en utilisant la théorie d'analyse des valeurs singulières structurées, permettant de déterminer les frontières de stabilité basées en le calcul des fonctions de transfert de l'ensemble système-commande. Les différentes techniques développées dans le cadre de cette thèse sont appliquées à un réseau test de 11 nœuds et à un grand réseau électrique et donnent des résultats très satisfaisants.

La reconnaissance des perturbations survenant sur les réseaux HTA est une problématique essentielle pour les clients industriels comme pour le gestionnaire du réseau. Ces travaux de thèse ont permis de développer un système d'identification automatique. Il s'appuie sur des méthodes de segmentation qui décomposent de manière précise et efficace les régimes transitoires et permanents des perturbations. Elles utilisent des filtres de types Kalman linéaire ou anti-harmoniques pour extraire les régimes transitoires. La prise en compte des variations harmoniques et de la présence de transitoires proches se fait à l'aide de seuils adaptatifs. Des méthodes de correction du retard a posteriori permettent d'améliorer la précision de la décomposition. Des indicateurs adaptés à la dynamique des régimes de fonctionnement analysés sont utilisés pour caractériser les perturbations. Peu sensibles aux erreurs de segmentation et aux perturbations harmoniques, ils permettent une description fiable des phases des perturbations. Deux types de systèmes de décision ont également été étudiés : des systèmes experts et des classifieurs SVM. Ces systèmes ont été mis au point à partir d'une large base de perturbations simulées. Leurs performances ont été évaluées sur une base de perturbations réelles : ils déterminent efficacement le type et la direction des perturbations observées (taux de reconnaissance moyen > 98%).

Le but de cette thèse est l'optimisation du contrôle commande d'un système hydraulique réversible à vitesse variable. L'approche est d'abord traitée par simulation dynamique pour finir ensuite par validation expérimentale sur maquette physique temps réel hybride basée sur l'émulation (PHIL). La partie simulation concerne la modélisation des différents éléments de la microcentrale hydraulique tel que la turbine, la génératrice et l'interface d'électronique de puissance ainsi que le développement des lois de commande et la synthèse des différents régulateurs. Deux stratégie de contrôle ont été étudié, la première dite commande en vitesse associé à un algorithme MPPT adaptatif développé au cours de la thèse et la deuxième dite en puissance. Le management des contrôles commandes pour assurer la fonction de secours (backup) de la microcentrale hydraulique a été simulé et validé expérimentalement. Et enfin la transition rapide entre les deux modes de fonctionnement d'une petite station de transfert d'énergie par pompage a été proposé et validé par émulation sur la maquette physique.

La vulnérabilité des systèmes électriques est l'un des problèmes liés à leur complexité. Il a fait l’objet d’une attention croissante des chercheurs au cours des dernières décennies. Malgré cela, les phénomènes fondamentaux qui régissent la vulnérabilité du système ne sont pas encore bien compris.Comprendre comment la vulnérabilité des réseaux électriques émerge de leur topologie est la motivation principale du présent travail. Pour cela, le présent travail de recherché propose une nouvelle méthode pour évaluer la vulnérabilité des systèmes électriques et identifier leurs éléments les plus critiques. La méthode permet d’avoir une bonne compréhension des liens entre la topologie d’un réseau et sa vulnérabilité à des pertes d’ouvrages (lignes ou transformateurs).La première partie de ce travail consiste en une analyse critique des approches rencontrées dans la littérature, s’appuyant sur la théorie des graphes, pour analyser la vulnérabilité des réseaux électriques. Les résultats fournis par ces approches pour quatre réseaux IEEE sont comparés à ceux fournis par une analyse de contingence de référence, basée sur une résolution d’un load-flow AC. Des avantages et inconvénients de chaque approche est tirée une méthode améliorée pour l'évaluation de la vulnérabilité des réseaux électriques aux pertes d’ouvrage. Cette méthode est basée sur une approximation courant continue du load flow.La deuxième partie propose une nouvelle approche basée sur la théorie spectrale des graphes et son utilisation pour la résolution d’un load flow DC. Elle permet de mieux comprendre comment la vulnérabilité des réseaux électriques et leurs composants critiques émergent de la topologie du graphe sous-jacent au réseau. / The vulnerability of electrical systems is one of the problems related to their complexity. It has received increasing attention from researchers in recent decades. Despite this, the fundamental phenomena that govern the vulnerability of the system are still not well understood.Understanding how the vulnerability of power systems emerges from their complex organization is, therefore, the main motivation of the present work. It proposes the definition of a standard method to assess the vulnerability of power systems and identify their most critical elements. The method enables a better understanding of the links between the topology of the grid and the line outage vulnerabilities.The first part of this research work offers a critical review of literature approaches used to assess system vulnerability. The results provided by these approaches for four IEEE test systems are confronted to a reference contingency analysis using AC power flow calculations. From these analyses, pros and cons of each approach are outlined. An improved method for assessment of system vulnerability to line outages is defined from this confrontation. It is based on DC load flow and graph theory.The second part proposes a new approach based on spectral graph theory and solving of DC power flow to identify how system vulnerability and critical components emerge from the power network topology.

L'industrie de l'électricité peut être caractérisée par plusieurs risques: la réglementation, la capacité, l'erreur humaine, etc. L'un des aspects les plus remarquables, en raison de leur impact, est lié à ne pas répondre à la demande (DNS).Pour éviter les défaillances en cascade, des critères déterministes comme la N-1 ont été appliquées, ce qui permet d'éviter la défaillance initial. Après une défaillance en cascade, des efforts considérables doivent être faits pour analyser les défauts afin de minimiser la possibilité d'un événement similaire.En dépit de tous ces efforts, des blackouts peuvent encore se produire. En effet, il est un défi, en raison du grand nombre d'interactions possibles et de leur diversité et complexité, pour obtenir une bonne prédiction d'une situation.Dans notre travail, une nouvelle méthodologie est proposée pour estimer le risque de blackout en utilisant des modèles de systèmes complexes. Cette approche est basée sur l'utilisation de variables qui peuvent être des précurseurs d'un événement DNS. Il est basé sur l'étude de la dépendance ou de corrélation entre les variables impliquées dans le risque de blackout, et la caractéristique d’auto-organisation critique (SOC) des systèmes complexes.La VaR est calculé en utilisant les données du système colombien et le coût du rationnement, y compris les variables économiques dans les variables techniques. Traditionnellement le risque augmente avec la racine carrée du temps, mais avec des séries de données que présente un comportement complexe, le taux de croissance est plus élevé.Une fois que les conditions de SOC sont déterminées, un Model de Flux de Puissance Statistique SPFM a été exécuté pour simuler le comportement du système et de ses variables pour les performances du système électrique. Les simulations ont été comparées aux résultats du comportement de fonctionnement réel du système de puissance électrique.Le flux de puissance DC est un modèle simplifié, ce qui représente le phénomène complexe de façon simple, néglige cependant certains aspects des événements de fonctionnement du système qui peut se produire dans les blackouts. La représentation des défaillances en cascade et de l'évolution du réseau électrique dans un modèle simple, permet l'analyse des relations temporaires dans l'exploitation des réseaux électriques, en plus de l'interaction entre la fiabilité à court terme et à long terme (avec un réseau d'amélioration). Cette méthodologie est axée sur la planification opérationnelle du lendemain (jour d'avance sur le marché), mais il peut être appliqué à d'autres échelles de temps.Les résultats montrent que le comportement complexe avec une loi de puissance et l'indice de Hurst est supérieur à 0,5. Les simulations basées sur notre modèle ont le même comportement que le comportement réel du système.En utilisant la théorie de la complexité, les conditions SOC doivent être mis en place pour le marché analysé du lendemain. Ensuite, une simulation inverse est exécutée, où le point final de la simulation est la situation actuelle du système, et permet au système d'évoluer et de répondre aux conditions requises par la caractéristique d’auto-organisation critique en un point de fonctionnement souhaité.Après avoir simulé le critère de fiabilité utilisé dans l’exploitation du système électrique pour les défaillances en cascade, ils sont validés par des défaillances historiques obtenues à partir du système électrique. Ces résultats, permettent l'identification des lignes avec la plus grande probabilité de défaillance, la séquence des événements associés, et quelles simulations d'actions d’exploitation ou d'expansion, peuvent réduire le risque de défaillance du réseau de transmission.Les possibles avantages attendus pour le réseau électrique sont l'évaluation appropriée du risque du réseau, l'augmentation de la fiabilité du système, et un progrès de la planification du risque du lendemain et connaissance de la situation / The electricity industry can be characterized by several risks: regulatory, adequacy, human error, etc. One of the most outstanding aspects, because of their impact, is related to not supply demand (DNS).To prevent cascading failures, particularly in reliability studies, determinist criteria were applied, such as N-1, which allows to avoid the initial event of failure in the planning and operation of the system. In general, analysis tools for these preventive actions are applied separately for the planning and for the system operation of an electric power. After a cascading failure, considerable efforts must be done to analyze faults to minimize the possibility of a similar event.In spite of all these efforts, blackouts or large cascading failures still happen, although events are considered to be rare due to the efforts of the industry. Indeed, it is a challenge from the point of view of analysis and simulation, due to the large number of possible interactions and their diversity and complexity, to obtain a good prediction of a situation.In our work, a new methodology is proposed to estimate the blackout risk using complex systems models. This approach is based on the use of variables that can be precursors of a DNS event. In other terms, it is based on the study of the dependence or correlation between the variables involved in the blackout risk, and the self organized critically (SOC) property of complex systems.VaR is calculate using the data from the Colombian system and the cost of rationing, for estimate the cost of blackout including economic variables into the technical variables. In addition, traditionally the risk grows with the root square of the time, but with data series than has complex behavior, the rate of growing is higher.Once the SOC conditions are determined, a Statistical Power Flow Model SPFM was executed to simulate the behavior of the system and its variables for the performance of the electrical system. Simulations results were compared to the real operation behavior of the electrical power system.The DC power flow is a simplified model, which represents the complex phenomenon in a simple way, however neglects some aspects of the events of operation of the system that can happen in blackouts. The representation of cascading failures and evolution of the network in a simple model allows the analysis of the temporary relations in the operation of electrical networks, besides the interaction between reliability of short-term and long-term (with improvements network).. This methodology is focused on the operational planning of the following day (day ahead market), but it can be applied to other time scales.The results show that the complex behavior with a power law and the Hurst index is greater than 0.5. The simulations based on our model have the same behavior as the real behavior of the system.For using the complexity theory, the SOC conditions must be established for the day ahead analyzed market. Then an inverse simulation is executed, where the endpoint of the simulation is the current situation of the system, and allows the system to evolve and meet the requisites of criticality auto-organized in a desired point of operation.After simulating the criterion of reliability used in the operation of the electrical system for cascading failures, they are validated by historical failures obtained from the electrical system. These results, allow the identification of lines with the biggest probability to fail, the sequence of associate events, and what simulations of actions of operation or expansion, can reduce the risk of failures of the transmission network.The possible advantage expected for the electrical network are the appropriate evaluation of the risk of the network, the increase the reliability of the system (probabilistic analysis), and a progress of the planning of the risk of the day ahead (holistic analysis) and situational awareness

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