Aujourd'hui, la reconfiguration des réseaux électriques en général ou des réseaux de distribution en particulier après le défaut est réalisée par des différentes approches de calcul hors ligne. Cependant, ces approches doivent reposer beaucoup sur l'expérience des exploitants et l'immutabilité de la topologie du réseau. Une telle approche peut facilement tomber lorsque certaines contraintes d'exploitation ne peuvent pas être respectées. Pour résoudre ces problèmes, la nécessité de développer un outil efficace et réactif est posée comme la problématique de la thèse. Actuellement, plusieurs méthodes ont été développées. Ces méthodes sont tout à fait fascinant, mais ils ne travaillent pas assez efficacement en raison de leur complexité de calcul et de l'incapacité de produire des résultats optimaux. En utilisant une approche raisonnable, le travail présenté cette thèse vise à créer un outil qui aide les exploitants à reconfigurer dynamiquement et automatiquement le réseau de distribution après un défaut. Ici, nous présenterons l'approche retenue pour la reconfiguration des systèmes à événements discrets (DESs), et expliquer son adaptation, les progrès de mise en œuvre dans le domaine des réseaux électriques.

La libéralisation du marché de l'électricité a introduit plusieurs nouveaux sujets de recherche intéressants dans la zone du système électrique. Cette thèse aborde l'un des problèmes fascinants parmi eux: l'étude de la génération distribuée à la fois renouvelable et classique d'intégration dans les réseaux de distribution. De Gestionnaires de Réseau de Distribution (GRD) point de vue, il est intéressant de développer une méthodologie globale qui considère les différentes technologies de production décentralisée (GD) comme une option pour la fourniture à la demande. Dans cette thèse, le problème de planification a été modélisé avec la méthodologie de multi-objectif. Cela aidera le planificateur de la prise de décision tout en sachant les arbitrages entre les fonctions objectives. Afin de trouver le front de Pareto optimale du problème, un hybride génétique-immunes algorithme est proposé. La méthode floue satisfaisant est utilisé pour trouver la solution finale. Divers objectifs comme le coût, les pertes actifs, d'émissions et de la satisfaction de contraintes techniques ont été prises en compte. Les variables de décision sont les stratégies de renforcement des réseaux de distribution et aussi les décisions d'investissement concernant les modules GD, dans le cas où GRD peut investir dans des modules de DG aussi. Un autre aspect qui rend les modèles proposés plus flexible, est compte tenu des incertitudes sur les paramètres d'entrée. Les incertitudes des données d'entrée ont été traitées de trois manières différentes à savoir : probabiliste, possibiliste et finalement mélangés possibiliste-probabilistes. Dans cette thèse, deux types de modèles ont été développés: centralisé et dégroupé modèle de planification GD. Dans les deux modèles, le GRD est responsable de fournir un réseau fiable et performant pour ses clients sur son territoire. Dans le contexte de planification centralisée, le GRD est autorisé à faire des investissements dans les modules de la GD. Dans ce modèle, la taille optimale, nombre d'unités de la GD, l'emplacement, la technologie et de la GD, calendrier des investissements dans les modules de GD à la fois et les composants du réseau sont déterminés. Le modèle développé ne sera pas seulement utile dans le contexte de la planification centralisée, mais est également applicable aux marchés de l'énergie d'autres qui ont besoin pour évaluer, surveiller et guider les décisions des développeurs GD. Dans le modèle de planification de la GD dégroupé, le GRD n'est pas autorisé à prendre des décisions d'investissement dans les options de la GD. Les variables de décision du GRD sont limités à renfort de réseau, le placement de condensateurs, la reconfiguration du réseau et des technologies de réseau intelligent. / The process of deregulation that has involved electricity markets has introduced several new interesting research topics in power system area. This thesis addresses one of the fascinating issues among them: the study of distributed generation both renewable and conventional integration in distribution networks. From the distribution network operator (DNO)'s point of view, it is interesting to develop a comprehensive methodology which considers various distributed generation technologies as an option for supplying the demand. In this thesis, the planning problem has been multi-objectively modeled. This will help the planner in decision making while knowing the trade-offs between the objective functions. for finding the Pareto optimal front of the problem a hybrid Genetic-Immune algorithm is proposed. The fuzzy satisfying method is used to find the final solution. Various objectives like cost, active losses, emission and the technical constraint satisfaction have been taken into account. The decision variables are the distribution network reinforcement strategies and also the investment decisions regarding DG units, in case where DNO can invest in DG units too. Another aspect which makes the proposed models more flexible, is considering the uncertainties of the input parameters. The uncertainties of input data have been treated in three different ways namely, probabilistic, possibilistic and finally mixed possibilistic-probabilistic methods. In this thesis, two types of models have been developed: centralized and unbundled DG planning model. In both models, the DNO is responsible to provide a reliable and efficient network for his costumers in its territory. In centrally controlled planning context, the DNO is authorized to make investment in DG units. In this model, the optimal size, number of DG units, location, DG technology and timing of investment in both DG units and network components are determined. The developed model will not only be useful in the centrally controlled planning context but also is applicable to other power markets that need to assess, monitor and guide the decisions of DG developers. In unbundled DG planning model, the DNO is not authorized to make investment decisions in DG options. The decision variables of DNO are limited to feeder/substation expansion/reinforcement, capacitor placement, network reconfiguration and smart grid technologies.

Les réseaux de distribution sont aujourd'hui confrontés à un accroissement significatif de la Génération d'Énergie Dispersée. Cet accroissement pose, notamment, des problèmes des tension que les moyens de réglage de la tension utilisés aujourd'hui ne parviennent plus à éviter. En conséquence, la capacité d'accueil des réseaux de distribution est aujourd'hui très limitée. Cette thèse propose une méthode de réglage de tension novatrice appelée OMD pour Optimisation Mixte Découplée. Cette méthode se base sur une gestion optimale en temps réel de la puissance réactive des GED et des variables discrètes du système. Les simulations entreprises montrent que l'algorithme développé permet d'augmenter significativement le nombre de GED connectées au réseau et d'optimiser les pertes Joule. De plus, l'OMD apporte une plus value intéressante de par sa modularité et sa flexibilité en comparaison avec d'autres méthodes proposées dans la littérature. Une étude complémentaire montre que le concept de l'OMD peut être repris et appliqué à d'autres systèmes. Ainsi, un réglage de tension optimal, basé sur l'OMD a été développé pour les parcs éoliens. Il permet un contrôle optimal de la tension à l'intérieur des parcs tout en assurant le maintien d'une consigne de puissance réactive ou de tension au point de connexion avec le réseau. Le réglage de tension proposé dans cette thèse est donc une des solutions qui pourra permettre un meilleur fonctionnement des réseaux de distribution du futur : les Smart Grids

Dans un contexte de dérégulation du marché de l’énergie électrique, une arrivée massive de GED, Génération d’Energie Dispersée (les éoliennes, la biomasse, les micro-turbines, les piles à combustibles, les panneaux solaires, ...) au niveau de la Haute Tension de niveau A (HTA, principalement 20/33 kV) et de la Basse Tension (BT, principalement 400/230V) est à prévoir.De nombreux avantages, techniques et économiques, justifient le développement de ce type de production, parmi lesquels nous relevons les suivants: la production d’énergie plus près des consommateurs d’où une baisse des coûts de transport et de distribution, ainsi que la réduction des pertes dans les lignes; la substitution de l’énergie conventionnelle «polluante» par des énergies nouvelles plus «propres» et silencieuses; un intérêt économique très important pour les exploitants de GED grâce aux subventions accordées; en matière de planification, face à une augmentation de la charge, l’insertion de GED sur le réseau de distribution permet d’éviter la construction de nouvelles lignes HTB; la plus grande facilité de trouver des sites pour installer de petits générateurs; le temps d’installation relativement court de GED; pour l’alimentation de sites isolés, il peut être plus rentable d’alimenter un réseau de distribution local avec des GED plutôt que de le relier à un poste HTB/HTA lointain ; la cogénération, une des formes de GED la plus répandue, améliore le rendement énergétique. Cette thèse traitera des points suivants : brève description des réseaux de distribution ; présentation d’une méthodologie systématique d’optimisation de la planification des réseaux de distribution incluant la GED ; étude des effets des paramètres des réseaux sur l’insertion de GED ; étude systématique des impacts de GED sur le réseau. / In the recent years, there is a worldwide wave of considerable changes in power industries, including the operation of distribution networks. Deregulation, open market, alternative and local energy sources, new energy conversion technologies and other future development of electrical power systems must pursue different goals. Also growth in the demand and change in load patterns may create major bottlenecks in the delivery of electric energy. This would cause distribution system stress. The complexity of the problems related to distribution systems planning is mainly caused by multiple objectives. It is predicted that Distributed Generation (DG) will play an increasing role in the electrical power system of the future, not only for the cost savings but also for the additional power quality. Careful coordination and placement of DGs is mandatory. Improper placement can reduce DGs benefits and even jeopardize the system operation and condition. This thesis discusses the effects of DG implementation under different distribution system conditions and states not only to decrease system costs and losses but also to improve power quality, system voltage and line congestion. Three methodologies included mathematical model to obtain the optimal DG capacity sizing and sitting investments with capability to solve large distribution system planning problem. These frameworks have allowed validating the economical and electrical benefits of introducing DG by solving the distribution system planning problem and by improving power quality of distribution system. DG installation increases the feeders’ lifetime by reducing their loading and adds the benefit of using the existing distribution system for further load growth without the need for feeders upgrading. More, by investing in DG, the DISCO can minimize its total planning cost and reduce its customers’ bills

L’introduction massive des sources de génération distribuée est un des challenges le plus importants dans les réseaux de distribution intelligents (aussi connus comme Smartgrids). Pour augmenter le taux de pénétration des sources de génération distribuées cette thèse se projette sur un scénario futur où les réseaux de distribution seront maillés. Afin de proposer des solutions qui faciliteront une migration vers de réseaux de distribution plus maillés, les deux objectifs majeurs qu’ont été fixés pour cette thèse sont:- L’étude d’une solution capable de moduler le flux de puissance (actif et réactif indépendamment) entre deux réseaux de distribution.- Par ailleurs, la solution évaluée doit aussi être capable d’améliorer la qualité de l’énergie dans un des réseaux ou d’empêcher la propagation des perturbations d’un réseau à l’autre.Pour satisfaire le double défi de contrôler le flux de puissance et la qualité de l’énergie simultanément, cette thèse propose l’utilisation d’un Unified Power Line Conditioner (UPLC). Compte tenu des capacités exceptionnelles de l’UPLC, l’ambition principale de cette thèse réside à explorer le potentiel et l’intérêt de l’utiliser pour interconnecter deux réseaux de distribution. Il ne faut néanmoins pas oublier que l’UPLC n’est pas le seul appareil à pouvoir combiner les fonctions de contrôle de flux de puissance et d’amélioration de la qualité électrique. Il existe, également, un appareil appelé Medium Voltage Direct Current (MVDC) qui est capable de réaliser les mêmes fonctions ou similaires. Dû à l’importance de ce fait, une partie de la thèse est consacré à la comparaison entre l’UPLC et le MVDC. / Large scale penetration of distributed generation is one of the most important challenges that Smartgrids will need to deal with. Among the possible solutions to increase the amount of distributed generation, there is one that consists in meshing the existing looped (but radially operated) distribution-grid topologies. In order to migrate towards meshed and actively operated topologies, this PhD proposes:- The study a solution that is able to modulate power-flow (active and reactive powers independently) in the ties between distribution grids.- The analyzed solution must also be able to improve power-quality or to avoid propagation of power quality disturbances from one grid to the other.In order to satisfy the double challenge of controlling power-flow and power quality simultaneously, this PhD proposes the use of a Unified Power Line Conditioner (UPLC). Considering the outstanding functionalities of UPLC, the main ambition of the PhD is to explore the potential and the interest of using such an apparatus for interconnecting MV distribution grids.It must nevertheless consider that UPLC is not the only a device capable of combining these functions. A device named Medium Voltage Direct Current (MVDC) can also deal with these multiple objectives. One part of the PhD is thus committed to a comprehensive comparison between both apparatus.

L'objectif principal de la thèse a donc été d'étudier les architectures (topologie de réseaux, mode de distribution, fonctionnement des sources d'énergie, etc) de réseaux de distribution possibles et adaptés au problème de l'électrification rurale. Le chapitre I expose le contexte de l'électrification rurale en détaillant tout d'abord les enjeux de l'électrification rurale pour un développement économique durable puis les ressources énergétiques de ces pays ainsi que les différentes architectures de réseaux existant. Un cahier des charges général de l'étude est enfin défini. Le chapitre II décrit la méthode de dimensionnement développée afin de comparer le coût de différentes architectures et de choisir la mieux adaptée. Le chapitre III montre une méthode permettant de dimensionner les systèmes d'Electrification Rurale Décentralisée comportant des groupes électrogènes, des batteries et des éoliennes. Le chapitre IV décrit les résultats d'une étude de fiabilité qui a été réalisée sur les différentes solutions développées. Le chapitre V décrit le travail réalisé pour analyser le fonctionnement d'un centre de production constitué par un groupe électrogène et une éolienne.

Les efforts fournis par les exploitants du réseau électrique ont permis d'atteindre, aujourd'hui, un très bon niveau de fiabilité du réseau de transport et une disponibilité des réseaux de distribution tout à fait convenable. Néanmoins, considérant les modifications induites par les connexions de petits producteurs indépendants aux réseaux de distribution, les exploitants expriment un besoin d'évaluer la sûreté de fonctionnement de ces nouveaux réseaux. Les réseaux électriques présentent plusieurs particularités fonctionnelles, mises en évidence par l'étude qualitative des défaillances, comme les charges dispersées à plusieurs endroits du réseau, la topologie variable du réseau et certains phénomènes électrotechniques qui doivent être pris en compte pour modéliser les événements que peut subir le système. La méthode de calculs de sûreté retenue est la simulation Monte Carlo, méthode probabiliste la plus performante et la plus souple d'utilisation au regard de la complexité des réseaux étudiés. Nous avons consacré une première partie des travaux sur le cas d'un départ HTA auquel est connecté une centrale de cogénération. La méthode a été appliquée sur un logiciel de simulation de réseaux de Petri stochastiques. Puis une deuxième partie a concerné l'étude d'un réseau BT alimenté uniquement par des générations dispersées. Ici, la complexité des événements a nécessité de coder et de développer la méthode dans un environnement de programmation permettant l'intégration de modules de calculs de réseaux (répartition de charges, courts-circuits, délestage, gestion des puissances produites,...) afin de pouvoir diagnostiquer l'état du système durant les événements simulés.

La libéralisation du marché de l'électricité a introduit plusieurs nouveaux sujets de recherche intéressants dans la zone du système électrique. Cette thèse aborde l'un des problèmes fascinants parmi eux: l'étude de la génération distribuée à la fois renouvelable et classique d'intégration dans les réseaux de distribution. De Gestionnaires de Réseau de Distribution (GRD) point de vue, il est intéressant de développer une méthodologie globale qui considère les différentes technologies de production décentralisée (GD) comme une option pour la fourniture à la demande. Dans cette thèse, le problème de planification a été modélisé avec la méthodologie de multi-objectif. Cela aidera le planificateur de la prise de décision tout en sachant les arbitrages entre les fonctions objectives. Afin de trouver le front de Pareto optimale du problème, un hybride génétique-immunes algorithme est proposé. La méthode floue satisfaisant est utilisé pour trouver la solution finale. Divers objectifs comme le coût, les pertes actifs, d'émissions et de la satisfaction de contraintes techniques ont été prises en compte. Les variables de décision sont les stratégies de renforcement des réseaux de distribution et aussi les décisions d'investissement concernant les modules GD, dans le cas où GRD peut investir dans des modules de DG aussi. Un autre aspect qui rend les modèles proposés plus flexible, est compte tenu des incertitudes sur les paramètres d'entrée. Les incertitudes des données d'entrée ont été traitées de trois manières différentes à savoir : probabiliste, possibiliste et finalement mélangés possibiliste-probabilistes. Dans cette thèse, deux types de modèles ont été développés: centralisé et dégroupé modèle de planification GD. Dans les deux modèles, le GRD est responsable de fournir un réseau fiable et performant pour ses clients sur son territoire. Dans le contexte de planification centralisée, le GRD est autorisé à faire des investissements dans les modules de la GD. Dans ce modèle, la taille optimale, nombre d'unités de la GD, l'emplacement, la technologie et de la GD, calendrier des investissements dans les modules de GD à la fois et les composants du réseau sont déterminés. Le modèle développé ne sera pas seulement utile dans le contexte de la planification centralisée, mais est également applicable aux marchés de l'énergie d'autres qui ont besoin pour évaluer, surveiller et guider les décisions des développeurs GD. Dans le modèle de planification de la GD dégroupé, le GRD n'est pas autorisé à prendre des décisions d'investissement dans les options de la GD. Les variables de décision du GRD sont limités à renfort de réseau, le placement de condensateurs, la reconfiguration du réseau et des technologies de réseau intelligent.

Ce travail est lié au système de protection des réseaux de distribution. Les réseaux radiaux dedistribution peuvent être protégés simplement par une protection placée en tête du départ. Maisl'exploitation future des réseaux de distribution, qui se transforment en réseaux intelligents,flexibles et adaptatifs, va sûrement nécessiter une protégeabilité plus complexe. Parconséquent, un nouveau plan de protection pourrait être nécessaire afin d'augmenter la fiabilitédu réseau de distribution et le taux de productions décentralisées. Il pourrait inclure plusieursprotections déployées sur un départ. Le but principal de ce travail est d'étudier comment lesprotections pourraient agir (sur quel genre de grandeurs les protections reposeront, quellecoordination faut-il choisir) et d'analyser les limites de ces nouvelles protections. En déployantplusieurs protections qui divisent le départ en des zones plus petites, le plan de protectionproposé, reposant sur une formulation modifié et optimisée, proche de celle des protections dedistance classiques, déconnectera ainsi moins de consommateurs et de producteurs lors del'apparition de défauts. Cela devrait réduire le temps de coupures brèves et de diminuerl'énergie non fournie. Ce manuscrit présente une solution pour les réseaux HTA radiaux faceaux défauts monophasés.

Dans le domaine de la distribution d’électricité, l’arrivée progressive de production décentralisée rend certains réseaux de distribution exportateurs de puissance, au point où des investissements sont nécessaires pour permettre l’évacuation de la puissance produite. La progression de l’instrumentation des réseaux permet au distributeur d’obtenir des informations de plus en plus riches sur la production décentralisée et la question d’intégrer celles-ci dans les procédés de planification français se pose. À partir de relevés de production, on vérifie que les situations de référence utilisées pour dimensionner le réseau présentent un risque d’occurrence suffisant pour nécessiter des investissements. Si des solutions offrant de la flexibilité sont utilisées, celles-ci peuvent être intégrées au processus de planification. Une étude technico-économique est nécessaire et des méthodes sont proposées pour estimer les fréquences de forte production et la dispersion possible pour un ou plusieurs producteurs. Des modèles simples de loi jointe sont proposés. Le cas pratique de l’effacement de production est testé sur des réseaux considérés réalistes. À partir des relevés réels et des modèles, l’effacement est comparé à l’option d’investir au niveau du poste source. Des abaques de décision sont tracés permettant une projection rapide du distributeur. Par ailleurs dans une optique d’utilisation de l’effacement pour gérer des contraintes intra-réseau, une méthode de calcul de load flow probabilisé est proposée ; celle-ci permet d’estimer rapidement la quantité d’effacement requise et de réaliser un comparatif économique entre plusieurs options. / In the field of electricity distribution, some grids are more and more frequently exporters due to the gradual arrival of decentralized generation. Some grid investments are required to allow the evacuation of the power generated. As more and more information about decentralized production are available for the DSO, the question of integrating them into the planning processes arises.From data of energy production, it appears that the current situations tested for sizing the grid are likely to be reached on a several years basis. If consumption or production flexibilities are used, these can be integrated into the planning process. A technical and economic study is needed and methods are proposed to estimate the frequencies of high production and possible dispersion for one or more producers. Simple models of joint distribution are proposed.The practical case of curtailing production has been tested on networks with realistic scenarios of producers arrival. From actual data and previous models, curtailment and reinforcement are compared on a technico-economic basis. A abacus is plotted as a simple decision tool for the DSO. The question of using curtailment to defer or avoid intra-grid investment has also been investigated ; a calculation method of probabilistic load flow is proposed; it gives a quick and accurate estimation of the energy to curtail in order to avoid a constraint.