Étude de la Stabilité et de la Qualité des Réseaux Distribués de Puissance

Serge Pierfederici

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie Électrique JURY M. Serge PIERFEDERICI (Rapporteur) Professeur d'Université M. Nicolas RETIERE (Rapporteur) Professeur d'Université M. Philippe BARRADE (Examinateur) First Assistant, Lecturer M. Jean-Paul GAUBERT (Examinateur) Maître de Conférences M. Jérôme MAVIER (Invité) Ingénieur Systèmes électriques M. Nicolas ROUX (Co-directeur de thèse) Maître de Conférences M. Hubert PIQUET (Directeur de thèse) Professeur d'Université Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications Unité de recherche : Laboratoire LAPLACE - UMR5213 Directeur de Thèse : M. Hubert PIQUET Présentée et soutenue par Sylvain GIRINON Le 15 mars 2010 Titre : Étude de la Stabilité et de la Qualité des Réseaux Distribués de Puissance

• thodes d'analyse de la stabilite et de la qualite des reseaux


• problematique de la stabilite


• recherches de dimen- sionnements optimaux


• cur de reseaux de distribution


• génie electrique


• analyse des resultats

Sujets

• Piquet
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Gaubert
• Université de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 mars 2010
• Nombre de lectures: 101
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 7 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DDOOCCTTOORRAATT DDEE LL ’’UUNNIIVVEERRSSIITTÉÉ DDEE TTOOUULLOOUUSSEE

Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse

Discipline ou spécialité : Génie Électrique


Présentée et soutenue par Sylvain GIRINON

Le 15 mars 2010


Titre : Étude de la Stabilité et de la Qualité
des Réseaux Distribués de Puissance

JURY

M. Serge PIERFEDERICI (Rapporteur) Professeur d'Université
M. Nicolas RETIERE (Rapporteur) Professeur d'Université
M. Philippe BARRADE (Examinateur) First Assistant, Lecturer
M. Jean-Paul GAUBERT (Examinateur) Maître de Conférences
M. Jérôme MAVIER (Invité) Ingénieur Systèmes électriques
M. Nicolas ROUX (Co-directeur de thèse) Maître de Conférences
M. Hubert PIQUET (Directeur de thèse) Professeur d'Université


Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications

Unité de recherche : Laboratoire LAPLACE - UMR5213

Directeur de Thèse : M. Hubert PIQUET


`A mes parents,R´esum´e
L’´emergenceetled´eveloppementdessyst`emes´electriquesdecesvingtderni`eres
ann´ees nous ont conduits `a l’´elaboration d’architectures de plus en plus complexes.
Nous les retrouvons notamment au niveau d’applications embarqu´ees ainsi qu’au
cur de r´eseaux de distribution isol´es. L’int´egration de nombreux ´equipements de
diff´erentes natures soul`eve la probl´ematique de la stabilit´e. C’est dans ce contexte
que s’ins`erent ces travaux de th`ese, qui aboutissent sur la mise en uvre de m´e-
thodes d’analyse de la stabilit´e et de la qualit´e des r´eseaux distribu´es de puissance.
Les ´etudes men´ees au cours de ces travaux reposent sur des expressions analy-
tiques repr´esentant le comportement fr´equentiel de r´eseaux continus. Ces mod`eles
sont ensuite associ´es au crit`ere de Routh-Hurwitz, afin de permettre les ´etudes de
stabilit´e selon les ´evolutions de leurs param`etres. L’analyse des r´esultats obtenus
au niveau d’architectures pr´esentant plusieurs ´equipements permet d’aner nos
connaissances sur le fonctionnement de ces syst`emes. Les ph´enom`enes de couplage,
la disposition d’un r´eseau en fonction du nombre et de la puissance des charges, du
point de vue de la stabilit´e, sont notamment d´evelopp´es. Les recherches de dimen-
sionnements optimaux de plusieurs ´el´ements ind´etermin´es, combinant les notions
de stabilit´e et de qualit´e et r´ealis´ees `a l’aide d’algorithmes d’optimisation, sont
´egalement pr´esent´ees. Enfin, les parties fondamentales de ces travaux, que consti-
tuentlamod´elisationainsiquel’´etudedelastabilit´e,sontvalid´esparuneapproche
exp´erimentale.
Mots-clefs
Stabilit´e Qualit´e
R´eseaux HVDC R´eseaux Distribu´es de Puissance
Mod`ele analytique Interactions
Dimensionnement Optimisation
iAbstract
The emergence and the development of electrical systems during these last
twenty years have led us to the elaboration of more and more complex architec-
tures. They can be particularly found on embedded applications as well as in the
heart of isolated distribution networks. The integration of several equipments with
various natures raises the problem of stability. Thesis work presented here fits in
with this context, leading to the implementation of stability and quality analysis
methods, applied to distributed power networks.
Studies led during this work are based on analytical expressions representing
the continuous networks frequency behaviour. These models are then associated to
the Routh-Hurwitz criterion in order to allow stability studies, according to their
parameter values evolution. Analysis of results obtained on networks architectures
using several equipments allows the refinement of our knowledge on these systems
operation. Coupling phenomena, network layout according the loads number and
power from a stability point of view, are particularly developed. Optimal sizing
research for several undetermined elements, merging stability and quality criteria
and carried out using optimization algorithms, is also presented. Finally, funda-
mental parts of this work which correspond to models building as well as stability
studies are validated by an experimental approach.
Keywords
Stability Quality
HVDC Networks Distributed Power Systems
Analytical model Interactions
Parameters sizing Optimization
iiiRemerciements
Lestravauxpr´esent´esdanscem´emoireont´et´er´ealis´esauLAboratoirePLAsma
etConversiond’Energie(LAPLACE)a`l’EcoleNationaleSup´erieured’Electrotech-
nique, d’Electronique, d’Informatique, d’Hydraulique et des T´el´ecommunications
(ENSEEIHT) de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, au sein du Groupe
de recherche en ENergie Electrique et SYSt´emique (GENESYS).
Je tiens tout d’abord `a adresser mes remerciements a` Monsieur Maurice Fadel,
directeur du LAPLACE site ENSEEIHT pour m’avoir offert la possibilit´e de tra-
vailler au sein du laboratoire. Je remercie ´egalement Monsieur Xavier ROBOAM,
responsable du groupe GENESYS, pour son accueil, sa gentillesse et toute l’atten-
tion dont il a fait preuve a` mon ´egard.
Je voudrais ´egalement remercier tous les membres du jury :
– Monsieur Nicolas Reti`ere, Professeur d’Universit´e au laboratoire G2ELab,
Grenoble, pour m’avoir fait l’honneur de bien vouloir pr´esider mon jury de
th`ese et d’avoir accept´e d’ˆetre l’un de mes rapporteurs. J’ai beaucoup appr´e-
ci´e ses remarques tr`es constructives lors de la soutenance ainsi que ses vastes
connaissances dans ce domaine.
– Monsieur Serge Pierfederici, Professeur d’Universit´e au laboratoire GREEN,
Nancy, pour avoir accept´e la lourde tˆache de rapporteur. J’ai vraiment tr`es
appr´eci´e son grand int´erˆet pour notre travail.
– Monsieur Philippe Barrade, First Assistant, Lecturer de l’Universit´e de Lau-
sanne, pour avoir accept´e d’ˆetre examinateur. J’ai beaucoup appr´eci´e son
grand int´erˆet pour notre travail, ainsi que la pertinence de ses questions le
jour de la soutenance.
– Monsieur Jean-Paul Gaubert, Maˆtre de conf´erence au laboratoire LAII, Poi-
tiers,d’avoirparticip´ea`cejuryentantqu’examinateur.J’aitr`esappr´eci´eson
regard avis´e sur notre travail et je le remercie d’avoir repr´esent´e mes anciens
professeurs de Poitiers.
vvi Remerciements
´– Monsieur J´erˆome Mavier, Ing´enieur en G´enie Electrique a` Airbus, pour sa
collaboration ecace, toujours agr´eable et motivante, `a ces travaux de th`ese.
Je le remercie de nous avoir donn´e un cadre concret pour nos ´etudes, ainsi
que d’avoir soulign´e l’int´erˆet de ces travaux dans le contexte industriel.
– Monsieur Nicolas Roux, Maˆtre de Conf´erences `a l’ENSEEIHT, pour le co-
encadrement de cette th`ese. J’ai vraiment tr`es appr´eci´e sa gentillesse et je le
remercie pour tous les bons moments pass´es en sa compagnie. Son sens phy-
sique, sa rigueur scientifique et sa perspicacit´e ont ´et´e autant d’atouts qui
´m’ont beaucoup aid´e tout au long de la th`ese. Etant son premier th´esard, je
l’encourage`apoursuivrecesactivit´esetjeluisouhaiteuneexcellentecarri`ere.
– Monsieur Hubert Piquet, Professeur d’Universit´e `a l’ENSEEIHT, qui a di-
rig´e ces travaux de th`ese. Je voudrais lui exprimer toute ma gratitude pour
la grande confiance et la libert´e qu’il m’a accord´e durant ces trois ann´ees. Je
ne saurais oublier la pertinence de ses remarques qui, toujours guid´ees par sa
grande exp´erience, me permettaient de constamment am´eliorer la qualit´e de
nos r´esultats.
Je tiens´egalement a` remercier les personnels administratifs du laboratoire, B´e-
n´edicte Balon, C´ecile Daguillanes, Fanny Dedet, Fatima Mebrek, Val´erie Schwarz,
Catherine Moll Mozella, pour m’avoir accompagn´e si ecacement dans toutes ces
fastidieuses d´emarches administratives, toujours dans la bonne humeur et avec le
sourire.
Je ne saurais non plus oublier de remercier l’ensemble des informaticiens, qui
uvrent sans cesse, dans l’ombre, afin d’assurer la maintenance de la pi`ece maˆ-
tresse de la recherche; un grand merci `a Jean Hector et David Bonnafous (\les
Unixiens"), et tout particuli`erement Jacques Benaioun (\le Windowsien") qui m’a
si souvent d´epann´e lorsque l’informatique me faisait un de ses habituels caprices.
Mesremerciementss’adressent´egalementaupersonneltechniquedulaboratoire
et de l’´ecole : Jean-Marc Blaqui`ere, Didier Ginibri`ere, S´ebastien Vinnac