Planification des architectures de micro-réseaux ruraux AC/DC basse tension en présence de PV et de stockage

Planning of rural LV AC/DC microgrids with PV and storage

• Auteur / Autrice : Kimsrornn Khon
• Direction : Bertrand Raison, Long Bun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec Institut de technologie du Cambodge (Phnom Penh ; 1964-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Systèmes et réseaux électriques (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Corinne Alonso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Cécile Alvarez-Hérault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Petit, Salvy Bourguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes photovoltaïques

Circuits électriques -- Courant continu

Circuits électriques -- Courant alternatif

Réseaux électriques (énergie)

Mots clés libres

Ac/dc

Micro-Réseau

Optimisation

Énergie renouvelable

Planification

Ac/dc

Microgrid

Optimization

Renewable energy

Planning

Résumé

Récemment, les appareils fonctionnant en courant continu comme les charges (prises USB, chargeurs, éclairage LED) et les ressources d’énergie distribuées (solaire photovoltaïque et stockage d'énergie par batteries) se sont développés. Pour faire face à ces tendances technologiques, un micro-réseau AC/DC pourrait être une option pour l'électrification rurale dans les pays en développement, en particulier dans les zones éloignées ou rurales. Au Cambodge, le taux d'électrification n'est que d'environ 82% de la population en 2021 en zone rurale. L'objectif de cette thèse est de remettre en question le réseau de distribution AC traditionnel en proposant un nouveau micro-réseau hybride AC/DC dans le contexte de l'électrification des pays en développement. Pour cela, un algorithme permettant de trouver la topologie optimale du réseau basse tension AC/DC a été développé. Deuxièmement, une méthodologie générale pour le dimensionnement et l'emplacement des PVs et des batteries dans le micro-réseau hybride AC/DC est mise en place. Ensuite, les modes « connecté au réseau » et « isolé » du système sont comparés selon plusieurs indicateurs techniques, économiques, et environnementaux. Enfin, la comparaison du micro-réseau AC/DC avec des micro-réseaux entièrement AC a été réalisée sur deux cas d’étude réels (une zone rurale et une zone insulaire) et selon les deux modes possibles (connecté au réseau et isolé). De plus, l'incertitude des charges est également prise en compte afin d'observer la sensibilité et la robustesse de l'algorithme proposé. Les résultats montrent que, bien que le coût global du micro-réseau hybride AC/DC soit sensiblement plus élevé que celui du micro-réseau AC arborescent sans cluster, il permet une électrification progressive évitant ainsi de mobiliser des investissements initiaux importants.

Recently, DC-powered devices such as loads (USB plugs, chargers, LED lighting) and distributed energy resources (solar photovoltaic and battery energy storage) have been developed. To cope with these technological trends, an AC/DC microgrid could be an option for rural electrification in developing countries, especially in remote or rural areas. In Cambodia, the electrification rate is only about 82% of the population in 2021 in rural areas. The objective of this thesis is to challenge the traditional AC distribution network by proposing a new hybrid AC/DC microgrid in the context of electrification in developing countries. For this purpose, an algorithm for finding the optimal low-voltage AC/DC network topology has been developed. Secondly, a general methodology for the sizing and sitting of PVs and batteries in the AC/DC hybrid microgrid is implemented. Then, the "grid-connected" and "off-grid" modes of the system are compared according to several technical, economic, and environmental indicators. Finally, the comparison of the AC/DC microgrid with fully AC microgrids has been performed on two real study cases (a rural area and an island area) and according to the two possible modes (grid-connected and off-grid). Moreover, the uncertainty of the loads is also considered to observe the sensitivity and robustness of the proposed algorithm. The results show that, although the overall cost of the hybrid AC/DC microgrid is slightly higher than that of the non-cluster tree AC microgrid, it allows for gradual electrification thus avoiding large initial investments.