Stratégies de gestion d’énergie appliquées aux micro-réseaux intégrant des unités de stockage d’énergie décentralisées

Energy management strategies for microgrids integrating distributed energy storage units

• Auteur / Autrice : Sidlawende Ouoba
• Direction : Mohamed Machmoum, Azeddine Houari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Électrique
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et Sciences et Technologies du numérique, de l’Information et de la Communication (Nantes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Seddik Bacha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chakib Bouallou, Serge Pierfederici
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre de Bernardinis, Ilhem Slama-Belkhodja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (énergie)

Énergie -- Stockage

Mots clés libres

Micro-réseau

Unité de stockage d’énergie décentralisée

Unité de stockage d’énergie décentralisée

Gestion d’énergie

Dispatching économique

Stabilité

Microgrid

Distributed energy storage unit

Consensus control

Energy management

Economic dispatch

Stability

Résumé

Dans ce travail de thèse, de nouvelles techniques de commandes coopératives sont proposées pour pallier les limites du réglage primaire des Micro-réseaux AC autonomes intégrant plusieurs unités de stockage d'énergie décentralisées (MG-DESU). Ces nouvelles commandes distribuées prennent en compte l'état des sources d'énergie et des unités de stockage comme l'état de charge (SoC) et le coût de production des batteries, ainsi que l'efficacité intrinsèque et la dynamique de chaque générateur distribué (DG). Ces commandes corrigent également les déviations de fréquence et de tension des DGs engendrées par le contrôle primaire, tout en garantissant la stabilité du système. Deux stratégies d’équilibrage du SoC (SoC balancing) des DESU basées sur le consensus sont d’abord développées pour éviter une dégradation inégale des batteries, étendre leur durée de vie et réduire la charge de maintenance. Ensuite, une étude de stabilité petit signal du MG-DESU est réalisée afin d’évaluer l’influence des paramètres de contrôle, du délai de communication et des éléments du MG (lignes, charges, etc.) sur la stabilité locale du système avec les stratégies proposées. Enfin, le coût global de la production d'énergie des MG-DESU est minimisé grâce à une stratégie de dispatching économique basée sur le consensus et le principe des coûts incrémentaux égaux. Les performances des différentes stratégies de contrôle élaborées dans cette thèse, sont validées expérimentalement sur un banc d’essai PHIL (Power Hardware In-the-Loop), développé au sein du laboratoire, et ce pour différents scénarios de fonctionnement du MG-DESU.

In this thesis work, new cooperative control techniques have been proposed to overcome the various limitations of primary control of autonomous AC Microgrids integrating multiple distributed energy storage units (MG-DESUs). These new controls take into account the state of energy sources and storage units, such as the state of charge (SoC) and production cost of batteries, as well as the intrinsic efficiency and dynamics of each distributed generator (DG). These controls also correct DG frequency and voltage deviations caused by primary control, while ensuring system stability. Two consensus-based SoC balancing strategies were first developed to avoid uneven degradation of the batteries, extend their service life and reduce the maintenance burden. Secondly, a small-signal stability study of the MG-DESU was carried out in order to evaluate the influence of control parameters, communication delay and system elements (lines, loads, etc.) on the local stability of the system. Finally, the overall cost of the MG-DESU energy production is minimized thanks to an economic dispatching strategy based on consensus and equal incremental cost principle. The performance of the proposed control strategies in this thesis was validated experimentally on a laboratory-developed Power Hardware In-the-Loop test bench for various MG-DESU operating scenarios.