Contribution à l'étude de la stabilité et stabilisation des réseaux électriques industriels

Contribution to stability analysis and stabilization of industrial power grids

• Auteur / Autrice : Diane Leblanc
• Direction : Bernard Davat, Babak Nahid-Mobarakeh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 18/07/2014
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Hissel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Pierfederici
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Machmoum, Christophe Saudemont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulateurs électriques

Alimentations (électricité)

Réseaux électriques (énergie)

Réseaux électriques (circuits)

Mots clés libres

Micro-Réseaux

Réseaux industriels

Stabilité

Qualité de l’énergie

Stabilisation active

Micro-Grids

Industrial grids

Stability

Power quality

Active stabilization

Résumé

Les réseaux électriques industriels sont des micro-réseaux se trouvant au prolongement du réseau de distribution auquel ils se raccordent via un ou plusieurs transformateurs. Aujourd’hui dans ces micro-réseaux, on assiste à une croissance de l’utilisation de l’électronique de puissance pour les alimentations à découpage, les moteurs alimentés par des variateurs de vitesse, les ASI en amont des charges sensibles et les compensateurs d’énergie. Néanmoins, si certaines précautions ne sont pas prises, ces éléments risquent d’affecter fortement la stabilité du système particulièrement en mode de fonctionnement îloté où la puissance disponible est limitée. Dans cette thèse, différents facteurs contribuant au départ de l'instabilité sur un micro-réseau sont étudiés et des solutions pour repousser la limite de stabilité sont proposées. D’abord, les études de stabilité petit-signal sont utilisées pour connaître les paramètres affectant le plus la stabilité du système, et les études large-signal sont plutôt utilisées à des fins de quantification des perturbations que peut subir le système sans devenir instable. Ensuite, un stabilisateur indépendant sur le modèle du FACTS et un stabilisateur qui agit directement par les charges du micro-réseau ont été proposés. Plusieurs lois de stabilisation sont étudiées, basées soit sur les retours d'état petit-signal, soit sur des outils large-signal. Enfin, l'emplacement optimal des stabilisateurs sur un micro-réseau a été étudié. Un dernier point concerne le choix de l’intelligence centralisée ou répartie pour la stabilisation

Industrial power grids are micro-grids connected to the distribution grid via transformers. Recently in these micro-grids, there is a growth in the use of power electronic devices for switch mode power supplies, variable speed drives, UPS, critical loads and energy compensators. Nevertheless, if certain precautions are not taken, these devices may significantly affect the system stability especially in islanded operating mode where the available power is limited. In this work, main causes of instability in micro-grids are studied and solutions to improve the stability margins are proposed. First, small-signal stability analysis tools are applied to identify most sensitive components of the system. Then, large-signal tools are used to estimate the domain of attraction of the stable operating point leading to quantify allowable disturbances. Afterward, a dedicated stabilizer similar to FACTS and another stabilizer taking action directly on loads are proposed. Several stabilization laws are studied, based on either small-signal design tools, or on large-signal tools. Finally, the optimal placement of distributed stabilizers in a micro-grid was studied. A final point concerns the choice of centralized or decentralized computers for stabilization.