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Titre: Title: Études des contrôles des réseaux de distribution dans l'analyse d

Titre: Title: Études des contrôles des réseaux de distribution dans l'analyse d'écoulement de puissance multiphasé Auteur: Author: Assane Gueye Date: 2014 Type: Mémoire ou thèse / Dissertation or Thesis Référence: Citation: Gueye, A. (2014). Études des contrôles des réseaux de distribution dans l'analyse d'écoulement de puissance multiphasé [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/1454/ Document en libre accès dans PolyPublie Open Access document in PolyPublie URL de PolyPublie: PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/1454/ Directeurs de recherche: Advisors: Ilhan Kocar Programme: Program: génie électrique Ce fichier a été téléchargé à partir de PolyPublie, le dépôt institutionnel de Polytechnique Montréal This file has been downloaded from PolyPublie, the institutional repository of Polytechnique Montréal https://publications.polymtl.ca UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL ÉTUDES DES CONTRÔLES DES RÉSEAUX DE DISTRIBUTION DANS L’ANALYSE D’ÉCOULEMENT DE PUISSANCE MULTIPHASÉ ASSANE GUEYE DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉE (GÉNIE ÉLECTRIQUE) AVRIL 2014 © Assane Gueye, 2014. UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL Ce mémoire s’intitule : ÉTUDES DES CONTRÔLES DES RÉSEAUX DE DISTRIBUTION DANS L’ANALYSE D’ÉCOULEMENT DE PUISSANCE MULTIPHASÉ présenté par: GUEYE Assane en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès science appliquée a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de : M. MAHSEREDJIAN Jean, Ph.D., président M. KOCAR Ilhan, Ph.D., membre et directeur de recherche M. LACROIX Jean-Sébastien, M.Sc.A., membre iii REMERCIEMENTS Je désire remercier toutes les personnes qui m’ont aidée et soutenues, de près ou de loin, à réaliser ce projet de recherche. Je tiens à remercier mon directeur de recherche, le professeur Ilhan KOCAR, pour l’aide, l’orientation et le support qu’il m’a démontré durant tout mon cursus de cycle supérieur. Je remercie spécialement Jean-Sébastien LACROIX, mon manager, qui m’a donné le goût de m’engager dans la recherche. Il m’a constamment encouragé et soutenu tout au long du projet. Son expertise, ses conseils et ses connaissances, qu’il a bien voulu partager avec moi, m’ont beaucoup aidé tant sur le plan professionnel, que dans la réalisation de ce projet. Je tiens aussi à remercier mes collègues, Patrick JACQUES, Marc BELLETETE, Woulèye KAMARA, Laure GAROUX qui ont été présents pour moi et m’ont beaucoup aidé tout au long du projet. Je remercie particulièrement Patrick pour ces critiques constructives qui m’ont toujours poussé à aller plus loin. Mes plus grands remerciements sont adressés à mes parents pour leurs encouragements sans fin qui m’ont aidé à surmonter tous les obstacles que j’ai eu à rencontrer. Enfin, je présente toute ma gratitude à ma femme Fatou Kiné DIOP pour sa présence, sa patience et son soutien constant dans les moments de joie comme dans les moments difficiles. Merci. iv RÉSUMÉ Ce mémoire présente un modèle permettant d’intégrer et de gérer les contrôles des prises des transformateurs et des régulateurs dans l’analyse nodale modifiée augmentée (MANA). Le modèle proposé a pour objectif de rendre l’analyse d’écoulement de puissance, basée sur l’approche MANA, plus précise et plus rapide au niveau de la gestion des prises. La solution proposée est une modélisation générale applicable à tous les types de transformateurs, autotransformateurs, et régulateurs sans être limité par les différentes configurations et/ou décalages de phase. Il permet aussi de modéliser les contrôles de nœuds éloignés (paramètres RX). En ce sens, ce travail représente une contribution significative au niveau de l’algorithme de répartition de puissance utilisant l’approche MANA. La méthodologie adoptée consiste d’abord à étudier le fonctionnement des contrôles existant pour les appareils de régulation à savoir les transformateurs et les régulateurs. Ensuite, un outil d’analyse et de test est développé sous MATLAB. Cet outil permet d’obtenir rapidement la matrice MANA de tout réseau modélisé dans le logiciel commercial CYME. Plus précisément, ce programme récupère les données de tous les équipements d’un réseau à partir du fichier de CYME. Par la suite, ces données sont enregistrées selon une formulation orientée objet, puis utilisée pour générer de façon systématique la matrice MANA correspondante. Cet outil est par la suite utilisé pour modéliser les contrôles de différents équipements ainsi que pour tester leur intégration dans la matrice MANA. La dernière étape de ce projet consiste à valider le fonctionnement des modèles proposés. La validation des modèles proposés pour le contrôle des prises sera effectuée en vérifiant que les résultats obtenus respectent les consignes spécifiées. Les résultats de l’écoulement de puissance seront comparés avec ceux du logiciel CYME. Les résultats obtenus démontrent que l’intégration du contrôle des prises dans MANA apporte une solution robuste et précise sans dégrader la performance et la flexibilité propre à l’approche matricielle. v ABSTRACT This thesis presents a model for integrating and managing voltage control tap changers in the modified augmented nodal analysis (MANA). The objective of the proposed solution is to make the management of tap changers, in power flow analysis based on MANA, faster and more accurate. The proposed solution is a general approach suitable for all types of transformers, autotransformer and regulators without being limited by device configurations or phase shift. It also allows integrating remote voltage control (RX settings and load center), and managing regulators and transformers connected in series. This represents the main contribution to the MANA formulation for solving distribution network power flow. The adopted methodology starts by studying the existing control devices, namely transformers and regulators. Next, a development and analysis tool is developed in MATLAB. This tool provides the MANA matrix of any network modeled in commercial software CYME. More specifically, the program retrieves the data from all devices in the CYME file. Thereafter, this data is organized in an object – oriented format and used to generate systematically the corresponding matrix formulation. This tool is then used for modeling the control devices and to test their integration into the Jacobian matrix. The final stage of this project is to validate the results of the proposed control models. The validation of the proposed models will be carried out by checking that the results meet the specified desired voltage. The power flow results will be compared to those of CYME software. The results of the test cases shows that the integration of tap control in the MANA formulation provides an accurate solution without degrading the performance and flexibility which come with the MANA approach. vi TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... III RÉSUMÉ ...................................................................................................................................... IV ABSTRACT ................................................................................................................................... V TABLE DES MATIÈRES ............................................................................................................ VI LISTE DES FIGURES .................................................................................................................. X LISTE DES TABLEAUX............................................................................................................. XI CHAPITRE 1 INTRODUCTION ............................................................................................. 1 1.1 Mise en contexte ..................................................................................................... 1 1.2 Problématique ......................................................................................................... 1 1.3 Objectifs de la recherche ......................................................................................... 2 1.3.1 Objectif général ........................................................................................... 2 1.3.2 Objectifs spécifiques .................................................................................... 2 1.3.3 Hypothèses .................................................................................................. 2 1.4 Contribution à la recherche ..................................................................................... 3 1.4.1 Originalité ................................................................................................... 3 1.4.2 Réfutabilité des hypothèses ......................................................................... 3 1.5 Méthodologie .......................................................................................................... 3 1.5.1 Phase 1: Préparation à la recherche .......................................................... 3 1.5.2 Phase 2: Études et modélisation ................................................................. 4 1.5.3 Phase 3: Tests et validations ....................................................................... 4 1.6 Plan du document .................................................................................................... 5 CHAPITRE 2 REVUE DE LA LITTÉRATURE ..................................................................... 6 vii 2.1 L’analyse de répartition de puissance ..................................................................... 6 2.1.1 Définitions et généralités ............................................................................ 6 2.1.2 Discussion sommaire sur les algorithmes de répartition de puissance ..... 7 2.2 Résolution des systèmes d’équations par l’algorithme de Newton ........................ 8 2.2.1 Principe ....................................................................................................... 8 2.2.2 Algorithme ................................................................................................... 8 2.2.3 Application sur les systèmes d’équations .................................................... 9 2.3 L’analyse nodale modifiée augmentée (MANA) .................................................. 10 2.3.1 Origines : l’analyse nodale ....................................................................... 10 2.3.2 Évolution I : l’analyse nodale modifiée augmentée (MANA) ................... 11 2.3.3 Évolution II : utilisation de MANA comme une Jacobienne ..................... 17 CHAPITRE 3 CONTRÔLE DES PRISES ............................................................................. 21 3.1 Description du modèle proposée ........................................................................... 22 3.1.1 Équation de la contrainte de tension ........................................................ 23 3.1.2 Contribution aux équations de courants (KCL) ........................................ 24 3.1.3 Contribution aux équations des branches dépendantes ............................ 24 3.2 Modélisation des paramètres de contrôle .............................................................. 29 3.2.1 La consigne ............................................................................................... 29 3.2.2 Contrôles des nœuds éloignés (« RX Settings » et « Load Center ») ....... 31 3.3 Prise en charge des contraintes physiques ............................................................ 33 3.3.1 Prises entières – Prises limites.................................................................. 33 3.3.2 Contrôle de plusieurs phases avec une prise unique ................................ 33 3.3.3 Variation de l’impédance en fonction de la prise ..................................... 34 3.4 Algorithme ............................................................................................................ 38 viii 3.4.1 Algorithme général .................................................................................... 38 3.4.2 Algorithme de gestion des prises ............................................................... 39 3.4.3 Équations relatives à la gestion des prises ............................................... 41 3.5 Limitations ............................................................................................................ 43 CHAPITRE 4 ÉTUDE DE CAS ET RÉSULTATS DES TESTS .......................................... 44 4.1 Étude de cas 1 : IEEE 4 bus – Configuration multiple ......................................... 44 4.1.1 Présentation du réseau .............................................................................. 44 4.1.2 Objectif du test .......................................................................................... 45 4.1.3 Paramètres du test ..................................................................................... 45 4.1.4 Résultats .................................................................................................... 45 4.1.5 Discussion ................................................................................................. 51 4.2 Étude de cas 2 : IEEE 123 Nodes ......................................................................... 52 4.2.1 Présentation du réseau .............................................................................. 52 4.2.2 Objectif du test .......................................................................................... 52 4.2.3 Paramètres du test ..................................................................................... 54 4.2.4 Résultats .................................................................................................... 56 4.2.5 Discussion ................................................................................................. 57 4.3 Étude de cas 2 : IEEE Comprehensive test feeder ................................................ 58 4.3.1 Présentation du réseau .............................................................................. 58 4.3.2 Objectifs du test ......................................................................................... 60 uploads/Management/ 2014-assanegueye.pdf