Optimisation et contrôle du stockage dans les réseaux intelligents

Optimization and control of storage in smart grids

• Auteur / Autrice : Md Umar Hashmi
• Direction : Marc Lelarge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mathématiques de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Département d'informatique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe de recherche Dynamics of geometric networks (Paris ; 2013-2023)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Kofman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Lelarge, Daniel Kofman, Luce Brotcorne, Prabir Barooah, Ana Bušić, Hrvoje Pandžić, Nadia Oudjane, Jean Maeght
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luce Brotcorne, Prabir Barooah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Mots clés libres

Stockage d'énergie

Optimisation

Contrôle

Systèmes d’alimentation électrique

Energy storage

Optimization

Control

Electrical power systems

Résumé

Cette thèse est motivée par les transformations des systèmes d'énergie électrique, dues à une plus grande intégration des énergies renouvelables et à un modèle de consommation en évolution. Le stockage d'énergie est une solution possible pour faciliter une transition en douceur, garantissant la stabilité du système d’alimentation électrique. Dans cette thèse, la batterie Li-Ion a un double rôle de stockage d'énergie. Premièrement, il est utilisé par les consommateurs individuels pour minimiser le coût de l'électricité. Cela se fait par un arbitrage énergétique basé sur le prix de l'électricité, la correction du facteur de puissance, la réduction de la demande de pointe et la préservation de l'énergie. Ensuite, il est également utilisé pour augmenter la fiabilité et la stabilité du réseau électrique, en effectuant une régulation dynamique et une phase d'équilibrage. Le coût des batteries étant toujours élevé, l’importance est également accordée à la santé de la batterie compte tenu de sa dégradation dans les formulations d’optimisation et de contrôle. Plusieurs études de cas utilisant des données réelles sont menées pour évaluer les performances des algorithmes de contrôle et d’optimisation du stockage. Nous notons que la baisse des prix des batteries et la part croissante des énergies renouvelables intermittentes ne feront qu’augmenter la pertinence de ces travaux pour les futurs réseaux électriques.

This thesis is motivated by the electric power system transformations due to more renewable integration and changing consumption patterns. Energy storage is one possible solution to facilitate a smooth transition, ensuring the stability of the power system. In this thesis Li-Ion battery is used both at the level of individual consumers, minimizing the cost of electricity by performing energy arbitrage under time-varying electricity price, power factor correction, peak demand shaving and energy backup, and at the grid level for increasing reliability and stability of the power network by performing dynamic regulation and phase balancing. The cost of the batteries being still high, the importance is also given to the health of the battery taking into account its degradation in optimization and control formulations. Several case studies using real data are conducted to evaluate the performance of the storage control and optimization algorithms. We observe that the ever-decreasing prices of batteries and the growing share of intermittent renewables will only increase the relevance of this work for future power networks.