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INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTI

INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTION DECENTRALISEE Miguel Angel Fontela Garcia To cite this version: Miguel Angel Fontela Garcia. INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTION DECENTRALISEE. Sciences de l’ing´ enieur [physics]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2008. Fran¸ cais. <tel-00323657> HAL Id: tel-00323657 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00323657 Submitted on 22 Sep 2008 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 destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE N° attribué par la bibliothèque |__|__|__|__|__|__|__|__|__|__| T H E S E pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’Institut Polytechnique de Grenoble Spécialité : « Génie Electrique » préparée au Grenoble Génie Electrique Laboratoire (G2Elab) dans le cadre de l’Ecole Doctorale « Electronique, Electrotechnique, Automatique, Télécommunication et Signal » présentée et soutenue publiquement par Miguel Angel FONTELA GARCIA Ingénieur ENSIEG le 10 juillet 2008 Titre : INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTION DECENTRALISEE DIRECTEURS DE THESE : Nouredine HADJSAID et Seddik BACHA CO-ENCANDRANT DE THESE : Raphaël CAIRE JURY M. Shahrokh SADATE, , Président et Rapporteur M. Miguel Angel RODRIGUEZ VIDAL , Rapporteur Mme Zita ALMEIDA VALE , Rapporteur M. Nouredine HADJSAID , Directeur de thèse M. Seddik BACHA , Co-Directeur de thèse M. Raphaël CAIRE , Co-encadrant de thèse M. Rune GUSTAVSSON , Examinateur M. Olivier DEVAUX , Examinateur A mes encadrants (Nouredine, Seddik, Raph et Christophe), Au plus grand labo de l’univers A ma famille Remerciements Je viens de relire les remerciements des quelques collègues ingénieurs, d’ailleurs, déjà Docteurs de l’INPGrenoble et il m’est venu à l’esprit que je ne suivrais pas le schéma formel employé dans la plupart des thèses, par contre, certainement le lecteur pourra trouver un rapprochement à l’auteur. Mon chemin en France à commencé en l’an 2000 quand je suis arrivé en échange ERASMUS ou SOCRATES, selon la dénomination, entre l’Université d’Oviedo en Espagne et l’Institut National de Polytechnique de Grenoble en France, plus précisément l’Ecole Nationale Supérieurs des Ingénieurs Electriciens de Grenoble. En fait, je suis venu finir mes études espagnoles et en même temps je poursuivais ma connaissance de la langue française ébauchée à l’Alliance Française à Oviedo, Espagne. C’est là que j’ai connu le professeur Nouredine Hadjsaid pendant des TD d’Electrotechnique. J’ai été sans doute séduit, comme beaucoup d’autres élèves, par la clarté de ses explications (c’est toujours génial rendre évidentes les notions qui ne le sont pas), sa gentillesse et surtout sa magie, qu’il garde toujours. Vous penserez que ceci peut être banal, bien au contraire, c’est cette magie et cette façon de toucher les gens (bien que personne ne soit aimé par tout le monde dans la même mesure) qui m’ont fait m’enrôler dans ce travail de thèse. Les résultats de cette année d’échange étaient satisfaisants et l’école me donnait la possibilité de continuer afin d’obtenir le double diplôme et même le DEA double cursus en Génie Electrique du Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble. C’est au cours du DEA, sous la direction de Nicolas Retière et Raphaël Caire, que j’ai entendu dire des merveilles de Seddik Bacha. Seddik a toujours accueilli la colonie basque au labo (coencadrés souvent par Daniel Roye) et ses derniers m’ont vivement encouragé à travailler avec lui. Puis, la collaboration dans le projet européen CRISP accordait au sujet « Réseaux de Transport et Production Décentralisée » une touche spéciale et une porte ouverte à la collaboration avec des partenaires industriels et universitaires internationaux : Schneider Electric (puis IDEA), ABB, Sydkraft, BTH (Blekinge Technik Högskola), ECN ou ENECO. Au cours des travaux dans le projet CRISP, j’ai eu l’occasion de travailler avec Christophe Andrieu (Schneider Electric), et réaliser une mobilité chez BTH (avec le soutien d’une bourse EURODOC de la Région Rhône-Alpes). C’est à cette occasion que j’ai pu travailler avec : Rune Gustavsson, Björn Törqvinst et Per Mëllstrand. Les résultats de cette collaboration se sont traduits par une maquette de tests et quelques articles, bien que nos domaines de compétences soient bien différents et des efforts de compréhension réciproque des systèmes électriques et de télécommunication ont été nécessaires pour nous mettre dans une même direction. Ensuite, tout au long de la durée de la thèse, j’ai rencontré des collègues avec une grande qualité intellectuelle et humaine : les basques (Ion Etxeberria, Ianko Valero, Luis Garcia, Haizea et Amaia), les roumains (Bogdan et Octavian Enacheanu, Stefan Sterpu et Constantin Surdu), les bulgares (Delcho, Maria et Vanya), les vietnamiens (Ha et Duc) et bien sûr les français (Nicolas, David, Alexandre…). Avec ces parcours et expériences, je tiens, donc, à remercier l’Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs Electriciens de Grenoble et le Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble, notamment l’équipe SYREL (Système et Réseaux Electriques) et ses directions (James Roudet, Jean Pierre Rognon, Yves Brunet, Gérard Meunier, Jean Paul Ferrieux, Seddik Bacha, Daniel Roye, Roland Vidil, Max Ginier-Gillet, Jerôme Mars… la liste est longue) qui m’ont donné la possibilité de poursuivre mes études académiques en France. Je tiens à remercier les membres du jury et les rapporteurs de ma thèse, en particulier ceux que je n’ai pas encore cité: - Monsieur Shahrokh SADATE, professeur à l’Université de Henri Poincaré à Nancy - Madame Zita VALE, professeur de l’ISEP, Instituto Superior de Engenharia do Porto, à Porto (Portugal) - Monsieur Miguel Angel RODRIGUEZ, professeur de Mondragon Goi Eskola Politeknikoa, à Mondragon (Pays Basque, Espagne) - Monsieur Olivier DEVAUX, ingénieur EDF Je tiens aussi à remercier mes encadrants et intervenants tout au long de cette thèse : Nouredine, Seddik, Raphaël, Christophe, Bertrand et Rune. A part toutes les notions techniques dont on a discuté, ce que je retiens le plus ce sont leurs qualités humaines et le soutien qui m’ont accordé à tout moment. C’est la leçon plus précieuse (la magie de Nouredine, l’humanité et le savoir-faire-être de Seddik, l’amitié et la loyauté infatigable de Raph, l’efficacité vers les objectifs de Christophe, la vision de la vie et la relativité des Suédois, Quel grand pays ! la Suède…) que j’ai pu apprendre et que j’essaie de transmettre aux personnes qui travaillent avec moi aujourd’hui chez PSA Peugeot Citroën. Je remercie IDEA dont j’ai fait partie directement ou indirectement, et les intervenants et employés : Jean Christophe Kieny, Christophe Andrieu, Tuan Tran-Quoc, Bertrand Raison, Florence Martin et Julie Laur. IDEA apporte une grande richesse (intervenants industriels) et une énorme valorisation de la formation réalisée qui ne reste pas purement académique. Je remercie les doctorants et élèves du laboratoire et de l’école, la bonne ambiance de travail dans le plus grand labo de l’univers se doit en grande partie grâce à eux. Les élèves ERASMUS que j’ai retrouvé : Jordi (Valerie, leurs petites et ses parents), Pi, Sara, Marta, Rocco, Riccardo… quand on est à l’étranger, ces amis sont la famille proche que l’on a. Finalement, je tiens à remercier vivement ma famille : Maximina, Antonio, Marcos, Mari Cruz, Carla, Sergio et Almudena qui m’accompagnent toujours et c’est bien grâce à son courage que cette vache espagnole écrit ces lignes. Description du document CHAPITRE 1 : INTRODUCTION.............................................................................................................. 13 CHAPITRE 2 : RESEAUX ELECTRIQUES, PRODUCTION DECENTRALISEE ET INCIDENTS MAJEURS...................................................................................................................................................... 17 2.1.-L’HISTOIRE DU SYSTEME ELECTRIQUE EN BREF..................................................................................... 18 2.2- RESEAUX ELECTRIQUES........................................................................................................................ 22 2.2.1.- Composition des réseaux électriques ........................................................................................... 22 2.2.2- Stabilité des réseaux électriques ................................................................................................... 25 2.3.-PRODUCTION DECENTRALISEE.............................................................................................................. 29 2.3.1.- Définition de la Production Décentralisée................................................................................... 29 2.3.2.- Production Décentralisée et Production Centralisée................................................................... 29 2.3.3.- La Protection de la Production Décentralisée............................................................................. 31 2.3.4.-La Capacité de Black-Start de la Production Décentralisée......................................................... 32 2.3.5.- Impacts de la Production Décentralisée ...................................................................................... 35 2.4.- LES INCIDENTS MAJEURS...................................................................................................................... 37 2.4.1.- Le système électrique : une infrastructure critique...................................................................... 37 2.4.2.- Le dispatching du système : l’absence du risque zéro.................................................................. 39 2.4.3.- Mécanismes de formation des incidents majeurs ......................................................................... 40 2.5.- SOLUTIONS TECHNIQUES CONTRE LES BLACK-OUTS............................................................................ 45 2.6.- L’APPORT DE LA PRODUCTION DECENTRALISEE : ADAPTABILITE, FLEXIBILITE, OU ROBUSTESSE ......... 47 CHAPITRE 3 : ROBUSTESSE, INDICES DE ROBUSTESSE ET TAUX LIMITE D’INSERTION DE LA PRODUCTION DECENTRALISEE .................................................................................................... 49 3.1.- LA ROBUSTESSE DU SYSTEME ELECTRIQUE .......................................................................................... 50 3.1.1.- Définition de la robustesse........................................................................................................... 50 3.1.2.- Méthodologie d’étude de la robustesse : indices de robustesse................................................... 54 3.1.2.1.- Indices de robustesse................................................................................................................. 56 3.2.- EVALUATION DES INDICES DE ROBUSTESSE.......................................................................................... 63 3.2.1.- Cas d’étude................................................................................................................................... 63 3.2.1.1.- Insertion de la production décentralisée dans le cas d’étude ................................................... 71 3.2.2.- Scénarii d’étude ........................................................................................................................... 74 3.2.2.1.- Scénario 1 : Avec protection de découplage instantanée.......................................................... 75 3.2.2.2.- Scénario 2 : Sans protection de découplage ............................................................................. 83 3.2.2.3.- Scénario 3 : Avec intermittence de n’importe quel type de production..................................... 92 3.2.2.4.- Scénario 4 : Inhomogénéité de la production (« cas du Danemark »)...................................... 96 3.3.- uploads/Science et Technologie/ these-fontela-finale-pdf.pdf