On sizing and control of a renewables-based hybrid power supply system for stand-alone applications in an island context

par Tony El Tawil

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Jean-Frédéric Charpentier et de Mohamed Benbouzid.

Soutenue le 11-01-2018

à Brest , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané) , en partenariat avec Institut de recherche de l'Ecole navale (Brest) (laboratoire) et de Institut de Recherche Dupuy de Lôme (laboratoire) .

Le président du jury était Seddik Bacha.

Le jury était composé de Jean-Frédéric Charpentier, Mohamed Benbouzid, Seddik Bacha, Tuan Tran-Quoc, Manuela Sechilariu.

Les rapporteurs étaient Tuan Tran-Quoc, Manuela Sechilariu.

  • Titre traduit

    Dimensionnement et réglage d’un système d’alimentation hybride à base d’énergies marines appliqué dans un contexte insulaire


  • Résumé

    L’objectif de cette thèse est de dimensionner et régler un système hybride de production d’énergie pour un site isolé de type insulaire, basé sur des énergies renouvelables marines. De manière préliminaire divers systèmes de production d’énergie renouvelable marine ont d’abord été étudiés et comparés de manière qualitative à des systèmes de production d’énergie classiques. Plusieurs types de système de stockage d’énergie ont également été étudiés, comparés et évalués dans le cas du site considéré. Cette analyse préliminaire a été étendue aux différents types de transmissions d’énergie offshore et de méthodes de réglage des convertisseurs associés aux sources renouvelables. A partir de l’étude des caractéristiques du site et de l’analyse statistique des ressources renouvelables (vents, courants marins) une méthode de dimensionnement des éléments du système de production est présentée, dans l’objectif de minimiser les émissions de CO2 et le coût du système sur son cycle de vie. Pour cela, une solution de gestion de la puissance basée sur la logique floue est proposée pour le type de site considéré et comparée à une solution plus classique basée sur des règles logiques. Pour finir, une étude détaillée des différentes méthodes de réglage du système hybride côté réseau est présentée. Trois niveaux de réglage sont considérés : réglage d’une source unique, réglage d’une ferme de plusieurs sources et réglage global du système hybride. Plusieurs modes de réglage sont considérés pour chaque niveau.


  • Résumé

    This PhD thesis models a renewable-based hybrid power supply system applied in an islanded context and investigates sizing and regulation strategies of such a hybrid system. First, various marine energy production technologies were reviewed and compared to common renewable resources. As well, various energy storage technologies were reviewed, compared, and evaluated to fit the chosen site characteristics. A brief investigation on offshore energy transmission and inverter regulations methods is presented. Then, a study of the site characteristics, and the availability of the different renewable energy resources in the area are presented. This energy study constitutes the basis of the proposed system sizing method, where minimizing the cost and the CO2 emissions are considered as the main objectives. Furthermore, a fuzzy logic power management approach is proposed for the islanded microgrid. Finally, a detailed study of the system components grid-side inverter regulation is presented. Three regulation levels were investigated: the single inverter, the renewable farm, and the hybrid system. In this context, different regulation strategies are considered at each level.


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