Commande hiérarchique optimisé pour les générateurs distribuées dans les microréseaux intelligents

Optimized Hierarchical Control for Distributed Generators in Smart MicroGrids

• Auteur / Autrice : Islam Ziouani
• Direction : Abdelmoumèn Darcherif, Djamel Boukhetala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique et électronique - Cergy
• Date : Soutenance le 20/01/2020
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université en cotutelle avec École nationale polytechnique d'Alger
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Quartz (Saint-Ouen, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelmoumèn Darcherif, Djamel Boukhetala, Abdelaziz Hamzaoui, Atallah Benalia, Jean-Marc Dedulle, Rachid Illoul
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelaziz Hamzaoui, Atallah Benalia

Mots clés

Mots clés libres

Microréseau flexible

Optimisation

Onduleur de tension

Commande hiérarchique

Commande de statisme universel

Universal droop controller

Optimisation

Hierarchical Control

Voltage Source Inverters

Flexible Microgrid

Résumé

Ce travail porte sur le développement d'un schéma de commande optimisé pour la gestion de la puissance générée par les générateurs distribués hétérogènes et les sources d'énergie renouvelable constituant un microrésau intelligent.Un microrésau est un système énergétique distribué associant des sources d'énergie renouvelables et des générateurs distribués, ainsi que des charges locales. Il peut échanger de l'électricité avec le réseau électrique et peut fonctionner de manière autonome.L'utilisation idéale d'un microrésau consiste à alimenter des régions ou des sites éloignés dans l'incapacité d'accéder au réseau public. En outre, les exploitants d’entreprises s’intéressent davantage à l’utilisation des microréseaux pour la production d’électricité, en raison de leur durabilité, de leur fiabilité et de leur rentabilité.Les générateurs distribués tels que les dispositifs de stockage d'énergie et les générateurs diesel sont des générations contrôlables qui peuvent ajuster leur puissance de sortie en fonction des besoins de la charge, tandis que les sources d'énergie renouvelable telles que les éoliennes et les panneaux photovoltaïques sont des générations non contrôlables qui exploitent leur puissance maximale.En ce sens, nous avons proposé une solution basée sur une approche hiérarchique composée de trois niveaux : interne, primaire et secondaire. Cette solution est capable de contrôler les générateurs distribués dans un microréseau pour alimenter les consommateurs locaux sans aucune interruption et pour échanger une puissance avec le réseau électrique tout en exploitant au maximum l’énergie renouvelables.La commande interne est responsable de la régulation de la tension de sortie de chaque générateur distribué, basée sur une commande en cascade et un contrôleur à résonance proportionnelle. La commande primaire génère la tension de référence de la commande interne dont le rôle principal est de coordonner les générateurs distribués de manière décentralisée afin de partager la demande de puissance active et de puissance réactive entre eux. La commande secondaire compense l'écart de tension par rapport aux valeurs nominales et synchronise la tension du microréseau avec le réseau principal pour une transition en douceur.

This work focuses on the development of an optimized control scheme for managing the power generated by heterogeneous distributed generators (DGs) and renewable energy sources (RESs) that constituting a smart microgrid.A microgrid is a distributed energy system that gathering a combination of renewable energy sources and distributed generators, as well as local loads. It can exchange power with the utility grid, and it can operate autonomously. The ideal use of a microgrid is to supply remote regions or locations that are unable to access the public grid. Moreover, utility operators become more interested in using microgrids for producing electricity due to their sustainability, reliability, and cost-effective.The DGs such as energy storage devices and diesel generators are dispatchable generations that can adjust their output power according to the load needs, whereas, the RESs such as wind turbines and photovoltaic panels are non-dispatchable generations which are used to exploit their maximum power.In this sense, we have proposed a solution based on the hierarchical approach that consists of three levels, inner, primary and secondary. This solution is able to control DGs in a hybrid microgrid for supplying continuously the local consumers without any interruption and for exchanging a smooth power with the utility grid while exploiting the maximum power from the renewables.The inner control is responsible to regulate the output voltage of each distributed generator which is based on cascaded control and Proportional-resonant controller.The primary control generates the reference voltage of the inner control which its principal role is to coordinate the distributed generators in a decentralized manner to share the active and the reactive power demand among them.The secondary control compensates the voltage deviation toward the nominal values as well as it synchronizes the microgrid voltage with the main grid for a smooth transition.