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HAL Id: tel-00408160 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00408160v2 Submitted on 22 May 2010 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. ETUDE DE LA STABILITE AUX PETITES PERTURBATIONS DANS LES GRANDS RESEAUX ELECTRIQUES : OPTIMISATION DE LA REGULATION PAR UNE METHODE METAHEURISTIQUE Hasan Alkhatib To cite this version: Hasan Alkhatib. ETUDE DE LA STABILITE AUX PETITES PERTURBATIONS DANS LES GRANDS RESEAUX ELECTRIQUES : OPTIMISATION DE LA REGULATION PAR UNE METH- ODE METAHEURISTIQUE. Automatique / Robotique. Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. Français. tel-00408160v2 UNIVERSITE PAUL CEZANNE D’AIX-MARSEILLE (AIX-MARSEILLE III) N° attribué par la bibliothèque | 2 | 0 | 0 | 8 | A | I | X | 3 | 0 | 0 | 6 | 8 | TITRE : ETUDE DE LA STABILITE AUX PETITES PERTURBATIONS DANS LES GRANDS RESEAUX ELECTRIQUES : OPTIMISATION DE LA REGULATION PAR UNE METHODE METAHEURISTIQUE THESE Pour obtenir le grade de : DOCTEUR DE L’UNIVERSITE PAUL CEZANNE D’AIX-MARSEILLE Faculté des Sciences et Techniques Discipline : Génie Electrique Présentée et soutenue publiquement par : Hasan ALKHATIB Le 5 décembre 2008 ________________ Directeurs de thèse : Marcel PASQUINELLI / Jean DUVEAU ________________ JURY : Mr. Shahrokh SAADATE Rapporteur Mr. Mohamed MACHMOUM Rapporteur Mr. Seddik BACHA Examinateur Mr. Jean DUVEAU Examinateur Mr. Marcel PASQUINELLI Directeur de thèse Mr. Michel THOLOMIER Membre invité 1 RESUME : Depuis une vingtaine d’années, les grands réseaux électriques se trouvent obligés de fonctionner à pleine puissance et souvent aux limites de la stabilité. L’amélioration de la stabilité aux petites perturbations, en particulier l’amortissement des oscillations interrégionales, est donc devenue un objectif prioritaire. Les interactions entre les générateurs de différentes régions et les régulateurs utilisés nécessitent une optimisation globale de leurs performances : c’est le meilleur moyen pour assurer le comportement optimal de l’ensemble. L’objectif de ce travail est d’assurer un amortissement maximum, aussi bien des modes interrégionaux que des modes locaux, à l’aide des stabilisateurs de puissance (PSS) généralement utilisés pour l’amortissement des modes électromécaniques locaux. Pour ce faire, nous avons développé une méthode d’optimisation globale basée sur les algorithmes génétiques et une fonction multiobjectif déterminée à partir de l’analyse des valeurs propres du système. Nous avons analysé l’influence de l’augmentation progressive du nombre de variables à optimiser simultanément (paramètres, emplacement et nombre des PSSs). La méthode que nous proposons permet un réglage optimal des PSSs avec le meilleur emplacement possible et un nombre réduit de PSSs. Nous avons proposé en outre une nouvelle méthode d’optimisation utilisant des contraintes dynamiques adaptatives de l’espace de recherche afin d’améliorer les performances et la rapidité de convergence de cet algorithme. Les performances de ces méthodes d’optimisation ont été évaluées sur le réseau multimachines interconnecté New England / New York par analyse des valeurs propres du modèle linéaire du système et simulations temporelles du modèle non-linéaire originel. MOTS CLEFS : Algorithmes génétiques, grands réseaux électriques, optimisation globale, régulation, robustesse, stabilisateurs de puissance, stabilité aux petites perturbations. TITLE: SMALL SIGNAL STABILITY STUDY IN POWER SYSTEMS: OPTIMIZATION OF THE REGULATION BY A METAHEURISTIC METHOD. ABSTRACT: Over the past two decades, electric utilities operate their power systems at full power and often closer to their stability limits. The small signal stability improvement, in particular the damping of inter-area oscillations, has become, therefore, a priority. Interactions between the generators of different regions and their regulators require a global optimization of their performances: this is the best way to ensure the whole optimal behaviour. Our work objective is to ensure a maximum damping of the inter-area modes as well as of the local modes, using power system stabilizer (PSS) that is habitually used in the damping of electromechanical local modes. Thus, we have developed a global optimization method based on genetic algorithms and a multiobjective function using relative and absolute stability parameters that are obtained of the system eigenvalue analysis. We have analyzed the influence of the gradual increase of the variable number that to be optimized simultaneously (PSS parameters, their location and number). The proposed method allows an optimal setting of PSSs with the best possible location and a reduced number. We have also proposed a new optimization method using dynamic search space. This can improve the optimization performance as well as the convergence acceleration. The performance of these optimization methods has been evaluated on the New England/ New York multimachine system via linear model eigenvalue analysis, and non-linear time domain simulations. KEYWORDS: Genetic algorithms, global optimization, linear system analysis, power system stabilizer, robustness, small signal stability. 2 3 Remerciements J’ai débuté ce travail au laboratoire Compatibilité Electromagnétique de Marseille (LaCEM) sous la direction de Monsieur Michel THOLOMIER, que je tiens à remercier pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire. Suite au départ de Monsieur THOLOMIER à la retraite et la fermeture du laboratoire, je fus à la recherche d’un autre laboratoire qui me permettrait de continuer mon travail. Monsieur Marcel PASQUINELLI a accepté avec beaucoup de gentillesse et de générosité de prendre la direction de ma thèse et de m’aider à terminer mon étude dans les meilleures conditions possibles. C’est pourquoi je tiens à lui exprimer mon extrême reconnaissance pour son soutien moral et son aide précieuse. Pour avoir accepté de présider le jury, je tiens à remercier Monsieur Seddik BACHA, Professeur des Universités au Laboratoire G2Elab de INP de Grenoble, et d’avoir porté la plus grandes des attentions à mon travail. Je tiens également à remercier Monsieur Shahrokh SAADATE, Professeur des Universités au Laboratoire GREEN de l’Université Nancy1 et Monsieur Mohamed MACHMOUM, Professeur des Universités au Laboratoire IREENA de l’Université de Nantes pour l’intérêt qu’ils ont porté à mes travaux en acceptant d’en être rapporteur. Je tiens à remercier du plus profond de mon cœur Jean DUVEAU, mon cher et précieux coencadrant, aussi incroyable sur le plan humain que professionnel. Ton empreinte dans ce travail est remarquable. Ta présence en particulier dans la dernière phase de ma thèse et la préparation de ma soutenance était indispensable pour réussir dans cette difficile mission. En outre l’aide que tu m’as apporté, ton esprit "d’expérimentation" m’a donné une autre vision sur mon travail et sur la relation recherche-expérience. Tu as une qualité rare de nos jours, tu es un homme de parole. Je tiens à remercier Monsieur THOLOMIER et Monsieur CHOUCHA de m’avoir apporté aide et soutien moral. Mes meilleures pensées vont également vers Monsieur TOLBA qui m’a aidé sincèrement au démarrage de ma thèse. Sans bien-sûr oublier, lors de mon passage au laboratoire, la bonne humeur et l’ambiance chaleureuse qu’on sut créer Chafik et Raluka. Je vous en remercie vivement. Quant aux amis, que puis je dire ici pour les remercier ? Ils ont tous été des soutiens d’exception. J’envoie vers eux cette phrase de Gibran KHALIL GIBRAN : « Et que dans la douceur de l’amitié réside la joie et le partage des plaisirs. Car dans la rosée des menues choses le cœur trouve son matin et se ranime. » Douce et gentille Michèle, tu resteras toujours le seul témoin des tracas et des joies qui ont parsemés mes trois années de thèse. Le hasard n’existant pas, notre amitié devait être depuis longtemps inscrite dans ma destinée comme une ancre. Même si en amitié rien ne se compte, je te dois beaucoup. Je vous serais à jamais reconnaissant pour m’avoir ouvert les bras. Toi et Jo m’avez offert un cadeau inestimable : une famille. Sabrina, je ne te dis pas merci, un remerciement ne serait pas suffisant. Le goût de l’amitié est tellement différent avec toi ! Ta JOIE, ton esprit, ta passion pour les cultures du monde, ta curiosité sont des qualités que j’apprécie chaque jour. Je n’oublierais jamais ton aide précieuse dans la partie la plus difficile de cette thèse : les remerciements. 4 Rafif, Rawya et leur petit ange Zina, une famille merveilleuse. Mes premiers jours à Marseille ont été marqués par votre rencontre. Avec vous, je suis toujours inondé par la joie de l'amitié. Que de bons souvenirs avec vous, des Narguilés en hiver, des balades en été et les sourires et les rires de Zina. En bref, du réconfort. Cher Abou-Ziad, Professeur Fouad, de tes montagnes grenobloises, tu as été mon premier soutien en France et le rayon de soleil de notre ville natale, Salamieh dont Mohammed ALMAGHOUT parlait ainsi : « Cette ville réside dans mon sang. » Notre amitié, nos échanges culturels sont des richesses inestimables pour moi. Chez toi, j’ai rencontré une famille et un grand ami. Un esprit ouvert, cultivé et rempli des projets extraordinaires, que notre ville puisse un jour profiter de tes desseins. Sawsan, la distance n’a jamais affaibli notre amitié. De la Syrie à Lille en uploads/Science et Technologie/ chapitre-2 26 .pdf