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Modélisation et Simulation des réseaux électriques

De
162 pages

Cette contribution fait allusion à plus d'un domaine, la topologie des graphes, les environnements logiciels visuels, l'IA et l’électrotechnique. La recherche opérationnelle était le guide de toutes les modélisations. Dans un premier temps, les notions de modélisation des réseaux électriques ont été étalées afin de comprendre les bases mathématiques des codes de calcul. A l'étape suivante, une méthodologie de conception est suivie comme dans tout développement logiciel. Une mise en œuvre suivra pour mettre en évidence la liaison des modèles graphiques du réseau et les méthodes de calcul des réseaux électriques sous une seule écriture. Finalement, le produit logiciel NMSS est révélé.


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Couverture

Cover

Remerciements :

Je tiens à remercier vivement mon Oustad, ami et Professeur M.RAHLI de m’avoir encouragé, guidé et aidé ainsi, je reconnais que sans ces conseils et recommandations ce livre n’aura vu le jour. Nous estimons en lui sa patience, son indulgence et sa persévérance, de ce fait, veuillez accepter, cher Oustad toutes mes reconnaissances – Merci de tout cœur.

Je ne peux oublier de porter un salut à tous ceux qui militent, en silence, et font de leurs gestes l’harmonie qui amplifie les lumières d’une bougie. Pour vous tous toute ma gratitude et reconnaissance.

A ceux aussi qui on fait de leurs traces dans ma vie un signe inaltérable.

Je ne peux oublier tous les membres de ma famille que je remercie beaucoup pour leur patience et conseils.

M. TAMALI

 

Dédicace

Merci mon dieu de m’avoir aidé et guidé.

Je dédie ce modeste travail à ceux que j’aime et respecte.

A celle qui a fait ma joie et mon bonheur, puisse dieu l’accepter dans sa bonté et sa miséricorde elle et notre filsMOHAMMED ABDEREZAK.

A celle qui partage aujourd’hui avec moi ma seconde vie, mon bonheur et mon espoir, mon épouse.

A mes enfantsHalima-Saadia, Abderahmane, Abdelfettahet ma perleLINA,

je vous aime tous.

Pré-requis

Dans cet ouvrage nous présentons notre contribution où nous avonsinitier et retracer le développement d’un environnement logicielintelligent appelé NMSS (Network Modeling and Simulating System). NMSS est un outil visuel qui peutaméliorer l’étude et les calculs relatifs dansle secteur des réseaux électriques. Afin d’atteindre notre but,nous devons donner une réponse à un certain nombre de questions comme l’établissementdu cahier des charges et le développement d’une vision dutype de logiciel dont nous avons besoinselon le domaine des réseaux électriques,Comprendre et simuler les comportements et les traitements adaptatifs des processus.Nous présenterons des logiciels industriels ou académiques relatifs au même contexte du livre et qui ont été développés par des laboratoires connus. Nous espéronsque nos efforts soient récompenséspar l’acquisition de notre propre outil avec l’addition d’un module intelligent. Le moteur d’inférence intégré peut déterminer, pratiquement, toutes les décisions requises, pour une conception aisée du réseau électrique, pour aligner les composantes au comportement d’un ingénieur, en adoptant une stratégie de calcul et finalement en choisissant dynamiquement la méthode à employer avec des données particulières.

Ce livre représente un nœud central faisant le lien entre plus d’un champ, la topologie des graphes, lesenvironnements logiciels graphiques et visuels et la programmation de l’intelligence artificielle. La recherche opérationnelle était au centre de notre discussion algorithmique. Les méthodes employées dans des tâches de calcul ont été classifiées selon leur complexité algorithmique et temporelle. Dans cette vision, nous pouvons établir une structure équivalente maillée, un graphe avec des nœuds représentantchacun une méthode et les branches, les relations entre les méthodes.Toutes les branches ont été valuées selon l’importance de la méthodeetson coût (ou poids) si deuxméthodes sont séquentiellement utilisées. Un moteur d’inférence peut prendre une décision automatiquement sans aucun besoin d’intervention.

L’outil que nous avons développé peut être extensible par Internet ou par n’importe quel raccordement de réseau, par téléchargement des mises à jour de la part/vers des serveurs de données.

La future version de NMSS passe au raccordement via système SCADA au réseau électrique Algérien. Avant de présenter nos propositions, nous faisons une comparaison entre les principaux logiciels utilisés et de la même catégorie etnous enchainonspar une introduction au domaine classique de l’analyse des systèmes électriques et du transit des puissances en général.

Un chapitre spécial a été ajouté pour discuter l’intelligence artificielle ainsi que les systèmes basés sur le comportement, et également nous donnons des notions des systèmes complexes « évolutionniste » et des sociétés artificielles « basé sur la société cas des fourmis ». Dans le dernierchapitre de ce livre, nous présentons des expériences effectuées dans nos simulations montrant les principales propriétés de notre système logiciel. En final une conclusion générale surplombera l’ensemble contenant une analyse exhaustivede tout le livre.

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Préambule

Les dépendances multiples des laboratoires et équipes de recherche appartenant aux universités algériennes par rapport aux solutions logicielles étrangères sont énormes touchant pratiquement toutes les spécialités.

L’expérience acquise depuis 1962, année de l’indépendance de notre beau pays, avec toutes les politiques qui se succédèrent, n’était pas en mesure de faire produire une alternative locale de substitution nationale (reconnue) à toutes les applications utilisées dans le domaine de la recherche ou même de l’enseignement universitaire.

L’Algérie, en tant que compétences scientifiques potentielles, est beaucoup liée à l’informatisation des laboratoires de recherches qui utilisent le dit outil comme moyen de calcul et de simulation. Il est à noter que la simulation est une tendance méthodologiquement approuvée et ayant acquit une confiance mathématique et une fiabilité stratégique qui a fait bouger les appétences de toutes les instances de recherche dans le monde entier (La France n’ayant pas accepté à signer le pacte de cessation des essais nucléaires qu’après 1996 totalisant 210 tirs entre souterrain et atmosphérique. Comme justification ; la base de données de simulation nécessitait un échantillon grand pour la validation des données).

L’évolution due, pour améliorer les supports de transport des télécommunications en addition à l’expérience de l’informatisation pouvait aider à déployer un grand éventail d’applications scientifiques pouvant donner un plus pour les recherches collaboratives entre laboratoires distants. Les services Internet offraient, à leur tour, une plus value garantie à la recherche.

La recherche en Algérie est déjà un fait national où toute gestion optimisée et rationnelle de l’information sera la bienvenue et où les semences des TICs trouveraient une finalité utile.

Les TICs sont déjà intégrés à nos habitudes journalières qu’on le veuille ou non. Les portables multimédia équipés des dernières étoffées technologiques, Le coût de l’accès à Internet et ses applications et services offerts, La culture de courriel qui a envahi pratiquement toutes les civilisations développées ou dites en voie de développement, ne laisse à rebrousser chemin à lui seul tout les honneurs de l’évolution du moyen de contact, de concertation ou d’une assistance distante entre chercheurs travaillant sur une surface géographique de plus de deux millions de kilomètres carrés. La visioconférence pour elle seule, des coûts de déplacement sont épargnés. Ce phénomène a causé quelques soulagements aux initiateurs de projets de recherche. Se déplacer ou rester sur place n’est pas une entrave, le moyen existe, courriel ou visioconférence.

C’est déjà l’ère des grands regroupements des efforts entre universités et laboratoires de recherche afin d’initier des projets qui s’occuperont du développement des outils logiciels de recherche.

La dépendance de nos laboratoires vis-à-vis des outils logiciels de calcul et de simulation est totale. Changer ces habitudes de manière graduelle n’apportera qu’un plus de vitalité parmi nos regroupement de recherche.

Notre livre propose, par l’outil NMSS, une alternative extensible au sens des autres outils de calcul ou de simulation de type MatLab, MathCAD, Maple ou Mathematica avec la différence d’être spécifique au domaine de la répartition des puissances dans un réseau électrique.

Ces mêmes outils on eut leurs naissances parmi des équipes résignées à atteindre un niveau de maturité très avancé.

Certes le chemin est bien long, mais il n’est pas impossible. Cette idée me jouissait depuis ma première séance sur un ordinateur en 1982 alors que je travaillais sur un Z80 de la firme anglaise SINCLAIR pour développer un petit programme « système expert » en BASIC. Ainsi, pendant la préparation de mon projet de fin d’étude d’ingéniorat d’état à l’UST Oran sous la direction de mon Oustad Mostefa RAHLI, l’idée trouvait ses libertés d’expressions à travers les milliers de lignes de codes sources que j’ai écrites dieu seul sait combien. Sur un ordinateur Compatible PC de 384 ko de mémoire RAM, mes procédures écrites pour la plus part en BASIC prenaient place sur le disque dur.

Une fois de plus et cette fois-ci en 1986, en tant qu’assistant au Centre Universitaire de Béchar et après maintes tentatives, j’ai pu accéder à la salle d’informatique équipée jadis de deux PCs, deux machines IBM l’un PS/2 l’autre XT qui ne dépassaient les 10 Mo de mémoire disque. Le projet du système expert a été repris cette fois-ci en Pascal 2.0 de Borland.

Le fait d’enseigner, sous la direction de Mr Betta, un maitre assistant polonais, un module de probabilités/statistique et puis les méthodes numérique, j’ai dû rassembler ma petite expérience en numérique et aux méthodologies de simulations dont la base est le fondement de la théorie du calcul et traitement numérique.

Une fois de plus, le projet de conception d’une plate-forme regroupant plusieurs routines de calcul sur un même sujet « Les réseaux électriques » a été débattu dans le thème de mon Magister soutenue en 1996. Résultat ; naissance de NMSS « Network Modeling & Simulating System » alors écrit en C++, sur le fameux Visual studio 1 de Microsoft. Mon directeur de projet était Mr RAHLI.M et depuis ce moment nous nous sommes convenus que le même sujet pouvait être concrétisé d’une façon encore plus approfondie dans le cadre d’un projet de thèse et puis de livre sous les consignes du même superviseur. Cette constance de l’équipe joua et jouerait nécessairement un rôle de stabilisation et de maintien des efforts déployés dans le grand thème et axe.

Ce livre, représente une étape dans le grand chemin de l’élaboration de la bibliothèque de simulation spécialisée en génie électrique. Le thème englobe l’idée de base « Etude et Conception d’un environnement logiciel intelligent pour la modélisation et simulation des réseaux électriques ».

Le schéma initiateur de cette même idée est repris dans la figure d’illustration suivante (Fig. 1) :

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Fig. 1 : Schéma synoptique de la plate-forme de l’idée de la bibliothèque de simulation

Avec

M.I : Moteur d’inférence.

B.C : Base de connaissances.

B.F : Base des faits.

Requête & Réponse : Interaction sous différentes formes entre machines des laboratoires et équipes de recherche et un serveur via une infrastructure de connexion.

BD des composants réutilisables : Base de données des composants enfichables pour applications diverses. Réutilisables dans le sens où ils sont modulaires et peuvent être intégrer dans des éventuelles entités logicielles conçues par les utilisateurs (équipes de recherche).

Outils de connexion : routeurs/firewall permettant ainsi la communication avec le serveur en toute sécurité. Des niveaux de privilèges sont accordés à chaque élément de groupe de recherche en accord avec des profils utilisateurs préétablis.

Groupe de recherche : Equipe, Laboratoire, Centre de recherche à priori multidisciplinaire puisant des mêmes ressources logicielles afin d’arriver à développer leurs propres outils.

L’architecture globale du système repose sur une conception modulaire prévoyant ainsi une instanciation dynamique, à la demande, des entités logicielles selon la nécessité du/vers le serveur.

Beaucoup de plate-forme logicielles reprennent l’idée (voir le chapitre Positionnement) et avec une méthodologie plus ou moins propre. En partant du traitement local au système SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) ou il est appelé de se connecter à l’installation gérée par un serveur et de mener tous les types de scénarios prévisibles.

Introduction générale

La recherche scientifique fondamentale avance mais avec des pas d’éléphant alors que la technologie court et avec des sauts à la vitesse de la lumière. Poussée qui d’ailleurs surprend toutes les sociétés du monde terrestre.

Le niveau de complexité de ces technologies est très fort à un niveau où toute intégration sociale des produits résultants ne se ferait sans dégâts.

En contre partie, la majorité des produits technologiques sont la solution immédiate de bon nombre de problèmes instantanés de la vie courante.

L’informatique et les moyens de télécommunication sont les exemples premiers qui ont provoqué une amélioration nette à la vitesse du transfert de connaissances dans un grand nombre de pays sous développés et très pauvres. Par le biais de programmes locaux ou régionaux ou même de coopérations internationales d’aide pour/au développement.

L’avènement de produits comme l’informatique, l’internet et les télécommunications, à chacun ses outils, a révolutionné les méthodologies de travail des équipes et laboratoires de recherches.

L’investissement dans des études et recherches scientifiques usant des moyens précédemment cités est à la mode. Le profit est bien signalé alors que les gains dans le temps et le coût d’exécution sont énormes. L’envoi de données références pour une étude expérimentale est l’affaire d’une fraction de minutes ainsi la cueillette des avis des grands chercheurs du monde entier et de différentes nations se fait, selon les moyens, en temps réel, On parle, aujourd’hui de travaux collaboratifs (dire télé-recherche), faisant travailler ensemble dans la même cellule un grand nombre de personnes œuvrant dans le même projet sans aucun besoin de coexister géographiquement dans le même endroit ni même de parler obligatoirement la même langue.

Dans ce cadre, le jugement bio et socio-évaluateur ne peut être qu’aux côtés de cette avancé technologique.

Les moyens actuels permettent de faire profiter à d’autres institutions d’utiliser des plates-formes de calcul et de simulation ON-LINE. Par exemple, les SIG – Système d’information Géographique) ce sont des moyens faisant interférence entre beaucoup d’institutions de recherche dans les quartes coins du monde par le biais de la même base de données alimentée par un système de satellites scrutant potentiellement notre astre, sans nécessité de déplacement ni de dépenses couteuses qui fléchissaient jadis les décisions des responsables des équipes de recherches pour émettre l’avis de l’abandon des projets.

L’idée c’est que le fait intégrer ces technologies est d’une grande facilité. Par ajout de composants logiciels réutilisables spécialisés (Technologie ActiveX de Microsoft ou les composants enfichable VCL de Borland) fera bénéficier de l’image satellite de l’Algérie en temps réel sur laquelle s’implantera un interfaçage graphique montrant l’état actuel du réseau électrique national.

La satisfaction est énorme, voir l’étendue du réseau national sur plus de deux millions huit cent mille kilomètres carrés à portée de la main est de l’impensable et que la technologie a pris le risque de rendre réalisable.

Ce livre s’inscrit dans ce contexte multi couleurs à tendances diverses. Etudier et concevoir un outil logiciel intelligent pour la modélisation, la simulation des réseaux électriques. La demande, dans le cahier des charges pour un réseau électrique, est de permettre à l’utilisateur final la saisie facile et aisée, la manipulation du modèle sur l’écran d’un ordinateur, les simulations des états de fonctionnement des réseaux électriques (transit de charge et répartition économique dans un premier temps, en horizon, l’intégration des régimes de défauts, intervention par FACTS, SVC, STATCOM) et les éditions des différents rapports sur des types variés de formats.

NMSS (Network Modeling Simulating System) appellation donnée pour la première fois à l’application du même genre développée dans le cadre du projet du Magister soutenue en 1996, Travail dirigée par notre Oustad le Professeur M.RAHLI de l’Université des Sciences et de la Technologie d’Oran et comme l’une des tâches que le Laboratoire d’Optimisation des Réseaux Electriques (LORE/USTO) ait choisi de développer sous la présidence de notre même Oustad. Dans cette version première, la finalité est la même, sauf que pour la version de ce livre, il est question de l’intégration du module expert. Les possibilités de saisie graphique du modèle du réseau, la manipulation des paramètres de chaque composante (Jeu de barre, Générateur, charge et autre), le choix libre de planification des types implémentés de calcul et même le moyen d’utiliser des fichiers scripts pour accroitre les combinaisons de simulation.

NMSS, pour sa dernière version devra être en mesure d’adjoindre aux capacités déjà acquises trois autres modules dont le nom de code est :

1. Le système expert polyvalent.

2. La saisie multiple des modèle réseaux.

3. L’interface graphique conviviale simple et efficace.

Le système expert est responsable du bon déroulement des fonctions de base graphique et de calcul en plus des aptitudes additionnelle de décision nécessaire pour choisir un ordonnancement optimal des tâches de calcul intégrés ou scripts.

La saisie des modèles réseaux est exécutable sous différentes manières ; le mode graphique interactive, le mode commandes enligne ou/et le mode programme script. La figure Fig 1 illustre cette vision :

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Fig. 1 : Idée de base de l’architecture de NMSS

Dans une première introduction une étude exhaustive des référence...

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