Modélisation et simulation numériques de problèmes de charges d'espace appliqués au transport d'énergie électrique haute tension à courant continu

Numerical modelling and simulation of space load problems applied to DC high voltage electrical power transmission

• Auteur / Autrice : Madeline Chauvier
• Direction : Serge Nicaise, Christophe Troestler
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mathématiques et leurs interactions
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France en cotutelle avec L'UNIVERSITÉ DE MONS
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire CERAMATHS - Département Mathématiques

Mots clés

Mots clés libres

Charge d'espace

Transport haute tension

Courant continu

Space load problems

DC high voltage

Power transmission

Résumé

Le développement à grande échelle des énergies renouvelables, en particulier d'origine éolienne et photovoltaïque, pose de nouveaux défis pour le transport de l'électricité par lignes à haute tension. En effet dans ce cadre, il est pertinent de faire ce transport à courant continu et non alternatif comme c'est le cas actuellement. Or ce transport à courant continu accroît non seulement l'ionisation de l'air mais de plus la polarisation constante engendre des charges d'espace. Cela conduit à des pertes qu'il est nécessaire de pouvoir quantifier. Cette quantification est aussi importante pour des raisons de santé publique. L'objectif de cette thèse est de mieux maîtriser les fondements théoriques du système d'équations à résoudre, en particulier ceux liant les conditions aux limites et l'existence de solution. Le but est d'obtenir des résultats d'existence de solutions à ces problèmes de charge d'espace et ensuite concevoir et valider des méthodes de simulation numérique pour la résolution de ceux-ci. Les résultats analytiques et numériques seront également validés par comparaison avec des résultats expérimentaux sur des cas représentatifs disponibles dans la littérature. Ce travail fera suite à un stage de Master 2 financé par le laboratoire L2EP qui initiera la candidate à cette thématique. Le travail mené au cours de ce projet de thèse renforcera les liens existants entre les différents laboratoires concernés, impliquera deux jeunes chercheurs préparant leur HDR, et servira à consolider des collaborations avec des industriels (EDF R&D par exemple). Il sera également présenté à des partenaires industriels afin de poursuivre cette recherche sur des équations modélisant plus finement les conditions réelles des lignes à courant continu à haute tension.

The large-scale development of renewable energies, particularly from wind and photovoltaic sources, poses new challenges for the transmission of electricity by high-voltage lines. Indeed, in this context, it is relevant to make this DC and AC transmission as is currently the case. This direct current transport not only increases the ionization of the air but also the constant polarization generates space loads. This leads to losses that need to be quantified. This quantification is also important for public health reasons. The objective of this thesis is to better master the theoretical foundations of the system of equations to be solved, in particular those linking the conditions to the limits and the existence of a solution. The aim is to obtain results of existence of solutions to these space load problems and then to design and validate numerical simulation methods for their resolution. Analytical and numerical results will also be validated by comparison with experimental results on representative cases available in the literature. This work will follow a Master 2 internship funded by the L2EP laboratory which will introduce the candidate to this theme. The work carried out during this thesis project will strengthen the existing links between the various laboratories concerned, involve two young researchers preparing their HDR, and serve to consolidate collaborations with industrialists (EDF R&D for example). It will also be presented to industrial partners in order to continue this research on equations modeling more finely the real conditions of high voltage direct current lines.