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Publié le 28 novembre 2014
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3 novembre 2014
10h30
l'Amphithéâtre A022 – Bâtiment A (accueil) – ENSE3 – Site Ampère, 11 rue des mathématiques, Saint Martin d'Hères.
"Participation d'un système de stockage à la stabilité d'un réseau insulaire".

Le jury est composé de:


- M. Serge PIERFEDERICI, Professeur au Green à Nancy, Rapporteur

- M. Bruno FRANCOIS, Professeur au L2EP à Lille, Rapporteur

- M. Hamid BEN AHMED, Maître de Conférences HDR au SATIE à Rennes, Examinateur

- M. Seddik BACHA, Professeur au G2ELab à Grenoble, Examinateur
- Mme Grace  Gandanegara, Ingénieur de recherche Schneider Electrics, invitée

- Mme Delphine, RIU, Maître de Conférences au G2ELab à Grenoble, Directrice de thèse

- M. Xavier LE-PIVERT, Ingénieur de Recherche au CEA, Encadrant



RÉSUMÉ (en française):
        Un réseau insulaire est un système fragile et sensible aux variations de charge ou de production notamment d’origine renouvelable et intermittent. Cela impacte directement la stabilité du réseau, et notamment la fréquence. Les moyens de stockage pourraient dès lors participer au réglage primaire de la fréquence, en limitant des variations après une perturbation et ainsi, favoriser l'intégration de la production éolienne ou photovoltaïque au-delà du seuil légal de 30% pour remplacer progressivement les sources actuelles à base d'énergie fossile. L’objectif de cette thèse consiste ainsi à étudier la participation d'un système de stockage pour maintenir la stabilité en fréquence dans un réseau insulaire en augmentant le taux de pénétration d’énergie renouvelable. Un algorithme de dimensionnement et différentes stratégies de contrôle du système de stockage ont ainsi été développés en fonction de variations réellement observées sur un parc PV. Notre étude est séparée en 2 parties. La première partie concerne la modélisation de l’intermittence de la production photovoltaïque. Cette puissance a ainsi été caractérisée en fonction de son impact sur la variation de la fréquence, afin de définir toute situation critique. Ensuite, différentes stratégies de pilotage et de contrôle-commande d'un système de stockage ont été proposées et validées à partir de simulations, en établissant des liens avec le dimensionnement du parc de production et du stockage. Ces stratégies ont été élaborées soit à partir de critères qualitatifs définie dans le domaine temporel, soit à partir des caractéristiques fréquentielles des différentes sources. Par ailleurs, pour garantir des critères de robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques notamment sur la mesure des variations PV, une commande robuste a été conçue et validée expérimentalement. Les différentes stratégies proposées peuvent plus ou moins réduire la variation de la fréquence suite à perturbation et permettre de  réduire significativement la participation de la source principale d’énergie au réglage de la fréquence. Enfin, les résultats ont permis de faire un lien entre le taux de pénétration des énergies renouvelables photovoltaïques dans un micro réseau et la tenue en fréquence dans ce réseau.

Mots Clés : Réglage de la fréquence, Système de stockage, Réseau insulaire, Énergie renouvelable, Photovoltaic


RÉSUMÉ (en anglais):

Frequency of isolated microgrids is highly sensitive to active power variation of loads and productions because of the inertia equivalent of this grid is small (limited number of thermal generators). Furthermore, the increasing of renewable energy in this grid causes frequency more risky to be instable because of its intermittency of power. In this thesis, energy storage is the selected solution to maintain the frequency stability of isolated microgrids with high penetration rate of renewable energy. It will participate to the primary frequency control which is the first control that takes action to limit the frequency deviation after disturbance.  Therefore, the objective of this thesis is to design the appropriate size and strategy of energy storage in isolated microgrids with high penetration rate of photovoltaic. Proposed strategies will link to power variation of PV. Therefore, the different situations of photovoltaic power variations and their impacts on the system frequency had been firstly characterized and studied in order to specify the critical situation of frequency variation. Then, different strategies for energy storage and their sizes were defined from these two studies. The strategy limit dPpv diagram and filter strategy were proposed to define the participated power of energy storage in primary frequency control from the measured power variation of PV.  Furthermore, controller H infinity which is robust control was also proposed. Finally, energy storage control system was validated by RTLAB (real time simulation) which enable us to simulate the hardware. The results show that energy storage by proposed strategies is able to stabilize frequency of the power system by limiting the frequency deviation to be within an acceptable range after occurrence of any disturbance. The proposed strategies can increase larger participated power of the energy storage with less frequently than the classic droop control.

Keywords : Frequency control, Energy storage, Isolated microgrids, Renewable energy, Photovoltaic


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mise à jour le 12 février 2015

Univ. Grenoble Alpes