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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Amar Telidji, Laghouat Faculté des Sciences et Sciences de l’Ingénieur Département Génie Electrique Mémoire de Magister en Electrotechnique Option : Analyse, Conduite et Commande des Réseaux Electriques THEME Optimisation Multiobjectif de la Synthèse des FACTS par les Particules en Essaim pour le Contrôle de la Stabilité de Tension des Réseaux Electriques Présenté par : Rabah BENABID Ingénieur d’Etat en Electrotechnique de l’Université de Jijel Soutenu le 04/09/2007 devant le jury composé de : I.K. LEFKAIER Professeur à l’UATL Président M. BOUDOUR Maître de Conférences à l’USTHB Rapporteur A. HELLAL Professeur à l’UATL Examinateur L. MOKRANI Maître de Conférences à l’UATL Examinateur S. ARIF Chargé de Cours à l’UATL Invité UAT, Laghouat : 2007 ﻣﻠﺨﺺ: ﻧ ﺪرس ﻓﻲ ھ ﺬه ا ﻟﺮﺳﺎﻟﺔ ﻣﺸﻜﻠﺔ اﻻﺳﺘﻘﺮار اﻟﺴﺎﻛﻦ ﻟﻠﺘﻮﺗﺮ ﻓﻲ اﻷﻧﻈﻤﺔ اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ.اﻋﺘﻤﺪﻧﺎ ﻓﻲ ﺗﻘﺪﯾﺮ ا ﺳﺘﻘﺮار اﻟﺘﻮﺗﺮ ﻋﻠﻰ طﺮﯾﻘﺔ ﻓﯿﺾ اﻟﻘﺪرة اﻟﻤﺘﻮاﺻﻞ.إن اﻻ ﺳﺘﻌﻤﺎل اﻷﻣﺜﻞ ﻟ ﻠﺠﮭﺎز اﻟﻤﻌﻮض اﻟﺜﺎﺑﺖ ﻟﻠﻄﺎﻗﺔ اﻟﻤﺘﻔﺎﻋﻠﺔ و ﻛ ﺬ اﻟﻚ اﻟﻤﻌﻮض اﻟﺘﺴﻠﺴﻠﻲ اﻟﻤﺘﺤﻜﻢ ﻓﯿﮫ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻟﺘﺮﺳﺘﻮر ﻓﻲ ﺗ ﺤﺴﯿﻦ اﻻﺳﺘﻘﺮار اﻟﺴﺎﻛﻦ ﻟﻠﺘﻮﺗﺮ ﻗﺪ ﺣﻈﻲ ﺑ ﺎھﺘﻤﺎﻣ ﻨﺎ ﻓﻲ رﺳﺎﻟ ﺘﻨﺎ ﺬه ھ.إن ﻣﺸﻜﻠﺔ اﻧﮭﯿﺎر اﻟﻀﻐﻂ ﺗﻤﺖ ﺻﯿﺎﻏﺘﮭﺎ ﻛﻤﺸﻜﻠﺔ ﺗﺤﺴﯿﻨﯿﺔ ذات اﻟﮭﺪف اﻟﻮﺣﯿﺪ و ﻛ ﺬ اﻟﻚ ﻣﺘﻌﺪدة اﻷھﺪاف ،ﺬ وﻟﮭ ا اﻟﻐﺮض اﺳﺘﻌﻤﻠﻨﺎ ﻋﺪة أﻧﻮاع ﻟﻄﺮﯾﻘﺔ اﻷﺳﺮاب اﻟﺠﺰﺋﯿﺔ ﻓﻲ ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻣﺸﻜﻠﺔ اﻻﺳﺘﻘﺮار اﻟﺴﺎﻛﻦ ﻟﻠﺘﻮﺗﺮ,أﻻ و ھ ﻲ:اﻟﻄﺮﯾﻘﺔ اﻷﺻﻠﯿﺔ,اﻷﺳﺮاب اﻟﺠﺰﺋﯿﺔ ذات اﻟﺘﺮﺗﯿﺐ ﻏﯿﺮ اﻟ ﻤﻐﻠﻮ ب و ﻛﺪاﻟﻚ اﻷﺳﺮاب اﻟﺠﺰﺋﯿﺔ ﻣﺘﻌﺪدة اﻷھﺪاف.ﺬه ھ اﻟﻄﺮق اﻟﺴﺎﻟﻔﺔ اﻟﺬﻛﺮ، ﺗﻢ ﺻﯿﺎﻏﺘﮭﺎ ﺑﺤﯿﺚ أﻧﮭﺎ ﺗﺄﺧﺬ ﺑﻌﯿﻦ اﻻﻋ ﺘﺒﺎر اﻟﻤﺘﻐﯿﺮات اﻟﻤﺴﺘﻤﺮة و اﻟﻐﯿﺮ اﻟﻤﺴﺘﻤﺮة. اﻟﻜﻠﻤﺎت اﻟﻤﻔﺘﺎﺣﯿﺔ: اﻻﺳﺘﻘﺮار اﻟﺴﺎﻛﻦ ﻟﻠﺘﻮﺗﺮ, ھﺎﻣﺶ اﻻ ﺳﺘﻘﺮار اﻟﺴﺎﻛﻦ ﻟﻠﺘﻮﺗﺮ,طﺮﯾﻘﺔ اﻷﺳﺮاب اﻟﺠﺰﺋﯿﺔ,اﻟﻤﻌﻮض اﻟﺜﺎﺑﺖ ﻟﻠﻄﺎﻗﺔ اﻟﻤﺘﻔﺎﻋﻠﺔ,اﻟﻤﻌﻮض اﻟﺘﺴﻠﺴﻠﻲ اﻟﻤﺘﺤﻜﻢ ﻓﯿﮫ ﺑﻮاﺳﻄﺔ اﻟﺘﺮﺳﺘﻮر. Résumé : Ce mémoire traite du problème de la stabilité statique de tension dans les réseaux électriques. Des notions de base relatives à l’instabilité et l’effondrement de tension ont étés présentées. La stabilité de tension d’un réseau électrique a été évaluée par la méthode d’écoulement de puissance en continu (CPF). L’utilisation optimale du compensateur statique d’énergie réactive (SVC) et du Compensateur série commandé par thyristor (TCSC) dans l’amélioration de la marge de stabilité statique de tension, a retenu aussi notre intérêt dans ce mémoire. Le problème d’effondrement de tension a été formulé comme un problème d’optimisation mono-objectif et également multi- objectif. Plusieurs variantes de la méthode d’optimisation par essaim de particules à savoir : la méthode de base PSO, NSPSO (Non dominated Sorting Particle Swarm Optimization) et MOPSO (Multi-objective Particle Swarm Optimization) sont appliquées au problème de la stabilité de tension. Ces méthodes sont modifiées afin de prendre en considération aussi bien les variables continues que les variables discrètes. Mots-clés : Stabilité Statique de Tension, Marge de Stabilité de Tension, Méthode d’optimisation par Essaim de Particule, SVC, TCSC. Abstract: This work deals with the problem of the static voltage stability in the power systems. Basic concepts relating to the instability and voltage collapse are presented. The voltage stability of power system is assessed by the method of Continuation Power Flow (CPF). The optimal use of the SVC and The TCSC in the improvement of the static voltage stability margin also retains our interest in this memory. The voltage collapse problem is formulated as mono-objective and multi- objective optimization problem. Several alternatives of the Particle Swarm Optimization method, namely: the basic PSO, NSPSO (Non dominated Sorting Particle Swarm Optimization) and MOPSO (Multi-objective Particle Swarm Optimization) are applied to the problem of voltage stability. These methods are modified in order to take into account the continuous as well as the discrete variables of the multimachine power system. Keywords: Static Voltage Stability, Voltage Stability Margin, Particle Swarm Optimization Method, SVC, TCSC. REMERCIEMENTS Mes remerciements les plus vifs, vont à mon Directeur de mémoire monsieur Mohamed BOUDOUR, Maître de conférence à l’USTHB pour son aide, son orientation judicieuse et sa disponibilité, aussi pour la confiance, la patience et la compréhension qu’il m’a toujours manifesté … Je tiens également à remercier Monsieur AbdelHafid HELLAL, Professeur à l’UATL pour son aide, son orientation judicieuse, ses conseilles, disponibilité et son encouragement spécialement durant l’année théoriques. Je tiens également à remercier Monsieur Lakhdar MOKRANI, Maître de Conférences à l’UATL pour son aide et son orientation durant l’année théorique. Je tiens également à remercier Monsieur Salem ARIF, Chargé de Cours à l’UATL pour son aide, son encouragement, sa disponibilité, spécialement durant l’année théorique. Je remercie également Monsieur Ibn Khaldoun LEFKAIER, Professeur à l'UATL d’avoir accepté de Présider le jury de soutenance. Je veux aussi exprimer ma vive reconnaissance envers tous les enseignants du poste graduation du réseau électrique. « Une personne qui n’a jamais commis d’erreur … …n’a jamais tenté d’innover » Albert Einstein DEDICACE Je dédiée ce travail à : Ma Mère, A mon Père Ali, A Ma Femme, A ABderaouf, A mes frères : Hichem, Abdenour, Mohammed et Hamza, A ma Soeur, A Bounesseba SADAK, Et à tous mes Amis RABAH BENABID /07/2007 LISTE DES FIGURES UATL 2007 VI LISTE DES FIGURES Figure 1.1 Classification des types de la stabilité des réseaux électriques............................... 8 Figure 1.2 Réseau électrique à deux noeuds............................................................................. 10 Figure 1.3 Principe d’écoulement de puissance continu........................................................... 19 Figure 2.1 Modèle en d’une ligne électrique........................................................................ 25 Figure 2.2 Modèle d’un transformateur.................................................................................... 26 Figure 2.3 Structure d’un SVC ................................................................................................ 40 Figure 2.4 Modèle d’un SVC.................................................................................................... 42 Figure 2.5 Modèle d’un TCSC................................................................................................. 42 Figure 3.1 Réseau électrique à deux nœuds.............................................................................. 48 Figure 3.2 Courbe de bifurcation de tension............................................................................. 50 Figure 3.3 Schéma synoptique du réseau d’application........................................................... 52 Figure 3.4 Caractéristique PV pour différente valeurs de tan B   ....................................... 53 Figure 3.5 Influence de TCSC sur la caractéristique PV.......................................................... 54 Figure 3.6 Influence du SVC sur la courbe de bifurcation de tension...................................... 55 Figure 3.7 Influence de OLTC sur la courbe de bifurcation..................................................... 56 Figure 3.8 Influence des modèles de charge sur la caractéristique PV..................................... 59 Figure 4.1 Illustration des différents minima d’une fonction objective................................... 65 Figure 4.2 Front de Pareto d’un problème d’optimisation bi-objectif. .................................... 68 Figure 4.3 Principe de déplacement d’un point de recherche par PSO.................................... 75 Figure 4.4 Organigramme général de PSO............................................................................... 77 Figure 4.5 Méthode de Hu et Eberhart..................................................................................... 78 Figure 4.6 Méthode de Parsopoulos et Varhatis....................................................................... 79 Figure 4.7 Principe de l’arbre de dominance............................................................................ 80 Figure 4.8 Principe de sélection du gbest dans l’algorithme de Fielsend et Singh................... 81 Figure 4.9 Méthode de sigma................................................................................................... 82 Figure 4.10 Technique de grille................................................................................................ 83 Figure 4.11 Classement de 10 particules dans quatre fronts de Pareto................................... 85 Figure 4.12 Principe de la méthode de niche.......................................................................... 86 Figure 4.13 Frontière de Pareto tracée par MOPSO.............................................................. 91 Figure 4.14 Frontière de Pareto tracée par NSPSO................................................................ 92 Figure 5.1 Réseau test IEEE 14 nœuds................................................................................... 95 LISTE DES FIGURES UATL 2007 VII Figure 5.2 Caractéristiques PV aux Nœuds 4, 13 et 14.......................................................... 97 Figure 5.3 Caractéristiques PV du Nœud 14 avec et sans limites sur l’énergie réactive........ 97 Figure 5.4 Evolution des pertes actives et réactives lors d’un effondrement de tension........ 98 Figure 5.5 Influence du modèle de charge sur l’effondrement de tension............................. 100 Figure 5.6 Principe de régulation de la tension par le SVC.................................................... 101 Figure 5.7 Evolution de la marge de stabilité de tension en fonction de la taille du SVC..... 104 Figure 5.8 Evolution de facteur de performance en fonction de la taille du SVC.................. 105 Figure 5.9 Caractéristiques de bifurcation du nœud 14 avec et sans SVC............................. 105 Figure 5.10 Evolution du bSVC en fonction de la charge......................................................... 106 Figure 5.11 Comparaison entre trois sites du SVC................................................................. 107 Figure 5.12 Profile des tensions du système avec et sans SVC.............................................. 107 Figure 5.13 Evolution des pertes actives avec et sans SVC................................................... 108 Figure 5.14 Evolution des pertes réactives avec et sans SVC................................................ 109 Figure 5.15 Taille Optimale du TCSC.................................................................................... 110 Figure 5.16 Caractéristiques de bifurcation au nœud 14 avec et sans TCSC......................... 111 Figure 5.17 Evolution des pertes réactives avec et sans TCSC.............................................. 111 Figure 5.18 Evolution des pertes actives avec et sans TCSC ............................................... 112 Figure 5.19 Profile des tensions du système avec et sans TCSC............................................ 113 Figure 5.20 Caractéristiques de bifurcation pour les cas de SVC, TCSC, et les deux ensembles.................................................................................................................................. 113 Figure 5.21 Evolution des pertes réactives pour les cas de SVC, TCSC, et les deux ensembles.................................................................................................................................. 114 Figure 5.22 Evolution des pertes actives pour les cas de SVC, TCSC, et les deux ensembles.................................................................................................................................. 115 Figure 5.23 Profile de tension du système pour les cas de SVC, TCSC, et les deux ensembles.................................................................................................................................. 115 Figure 5.24 Variation des pertes actives en fonction de nombre d’itération. ........................ 120 Figure 5.25 Variation de la marge de stabilité en fonction nombre d’itération...................... 121 Figure 5.26 Frontières de Pareto pour quatre cas de simulation ............................................ 123 Figure 5.27 Frontières de Pareto de NSPSO et MOPSO sans FACTS................................... 124 Figure 5.28 Frontières de Pareto de NSPSO et MOPSO avec SVC....................................... 125 Figure 5.29 Frontières de Pareto de NSPSO et MOPSO avec TCSC..................................... 125 Figure 5.30 Frontières de Pareto de NSPSO et MOPSO avec le TCSC et SVC.................... 126 LISTE DES TABLEAUX UATL 2007 VIII LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.1 Effondrement de tension dans le monde............................................................. uploads/Ingenierie_Lourd/ memoireb.pdf