Supervision, analyse et optimisation des réseaux de distribution électrique avec intégration d'énergies renouvelables et des moyens de stockage d'énergie

Supervision, analysis and optimization of electrical distribution networks with integration of renewable energies and energy storage means

• Auteur / Autrice : Daniel Martinez Montana
• Direction : Humberto Henao-Fernandez, Gérard-André Capolino
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur. Génie électrique
• Date : Soutenance le 28/06/2021
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des technologies innovantes (Amiens ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Gabriel Vélu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Seddik Bacha, Bruno Meyer
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gianfranco Chicco, Vincent Debusschere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Énergie -- Stockage

Électricité -- Distribution

Mots clés libres

Système de batteries de stockage d'énergie

Centre de contrôle de la distribution de l'électricité

Algorithmes d'optimisation

Plateforme expérimentale Banc d'Expérimentation VERTPOM

Battery energy storage system

Distribution control center

Optimization algorithms

Power distribution system

The Bank of the Energy experimental platform

Résumé

Ce travail de thèse présente la supervision, l'analyse et l'optimisation des systèmes de distribution d'électricité, considérant en particulier la pénétration des ressources distribuées d'énergie renouvelable et les moyens de stockage d'énergie. La planification de ces systèmes commence à devenir un problème croissant dû à la dérégulation dans la production d'électricité, les changements dans la politique environnementale, l'introduction des nouvelles technologies et la transformation vers la définition d'un réseau électrique intelligent. En conséquence, l'utilisation d'outils de modélisation et d'analyse pour l'évaluation de ces systèmes électriques en pleine évolution, attirent de plus en plus l'attention des planificateurs et opérateurs. Ceci a donné lieu au développement d'une plateforme expérimentale temps réel, et a permis de concrétiser le nouveau concept de gestion énergétique dans un territoire de Banque de l'Energie, introduit dans le projet VERTPOM®. Cette plateforme couvre tous les aspects des challenges concernant les futures exigences dans un réseau électrique de distribution, relatives à l'optimisation de la gestion dans la production et la consommation locales d'énergie électrique. Une installation matérielle/logicielle avec intérêt pour l'utilisation des outils de modélisation et d'analyse temps réel, avec quelques références d'application, est décrite également. En plus, une nouvelle méthodologie d'intégration d'un système de stockage d'énergie dans un réseau de distribution d'électricité réel est proposée, avec l'utilisation de capacités de calcul parallèle de la plateforme expérimentale. La localisation de ce système est obtenue grâce à une analyse de sensitivité, tandis que le dimensionnement en puissance est donné par le déploiement d'un algorithme génétique. Les résultats obtenus dans ces conditions démontrent l'efficacité de la technique de parallélisation proposée, qui montrent également, que l'amélioration du profil de tension et la réduction des pertes de puissance techniques, sont possibles grâce à l'intégration des moyens de stockage d'énergie dans le système électrique

This thesis presents the supervision, analysis and optimization of power distribution systems considering the penetration of distributed energy resources and energy storage systems. The power distribution system planning is becoming an increasingly issue due to the deregulation of the power industry, the environmental policy changes, the introduction of new technologies and the transformation towards a smart power distribution grid definition. In consequence, the use of modeling and numerical evaluation tools is getting more attention for the system planners and operators. This has resulted in the development of a real-time experimental platform belonged to the Bank of the Energy concept. The platform covers all aspects of the challenges of future power system requirements related to the optimization of the local energy production and consumption. A hardware/software setup with emphasis to the utilization of real-time simulation and hardware in the loop testing with some typical reference applications are described. Additionally, it is proposed a novel methodology for battery energy storage systems (BESS) integration over a real distribution system using the parallel computing capabilities of the experimental platform. The placement of BESS is performed by a sensitivity analysis, while the output power rating sizing is deployed using a genetic algorithm. The outcomes of this methodology demonstrate the effectiveness of the proposed parallelization technique and show that voltage profile improvement and losses reduction are possible introducing the BESS into the system