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Real-Time Control Framework for Active Distribution Networks Theoretical Definition and Experimental Validation
Thèse de doctorat de Lorenzo Reyes Chamorro (Chile)
Résumé
Le grand défi d’intégrer massivement la génération distribuée volatile dans les systèmes électriques de puissance est strictement lié à l’évolution des principes d’opération et contrôle. La littérature des dernières décennies a suggéré deux modèles pour une telle évolution: (i) le modèle super-réseau, basé sur le renforcement des interconnections continentales / intercontinentales (principalement en DC) pour le réseau de transport; ou (ii) le modèle micro-réseau, où petits réseaux de basse et moyenne tension, qui interfacent des ressources hétérogènes telles que la production d’électricité locale, le stockage d’énergie et les consommateurs actifs, sont intelligemment gérés pour opérer comme des cellules indépendantes capables de fournir des services entre eux et d’opérer en îlot. Quel que soit l’approche qui sera éventuellement adoptée, le contrôle de ressources hétérogènes distribuées représente un défi fondamental pour les deux modèles. Cela requiert la définition de méthodes de contrôle extensibles et composables qui puissent garantir l’opération optimale et faisable des réseaux de distribution, de manière à satisfaire des objectifs locaux (ex. équilibrage de puissance) ainsi que l’approvisionnement des services auxiliaires au réseau de transport (ex. contrôle primaire et secondaire de fréquence). Plusieurs méthodes de contrôle ont été proposées pour atteindre ces buts et la majorité a été inspirée par l’approche “time-layered” classique qui est traditionnellement adoptée dans les réseaux électriques, c.à.d. le contrôle primaire, secondaire et tertiaire. Ces contrôles sont associés à diverses échelles de temps et à la taille de la zone contrôlée. Dans le contexte des micro-réseaux, ces trois niveaux peuvent être associés à une décision qui peut être centralisée (i.e. un contrôleur central dédié prend les décisions d’opération des ressources du système) et/ou décentralisée (i.e. chaque élément prend ses décisions sur la base de ses propres règles). Dans la littérature actuelle, la première approche est utilisée pour le long terme, tandis que la deuxième est utilisée pour les décisions à court terme. En particulier, le contrôle primaire est typiquement déployé à travers un régime complètement décentralisé, principalement en s’appuyant sur le “droop control”. Suite à ce qui précède, le but de cette thèse est de proposer et valider expérimentalement une méthode de contrôle original, appelé COMMELEC –A Composable Framework for Real-Time Control of Active Distribution Networks, Using Explicit Power Set-Points. Cette méthode vise à contrôler un réseau de puissance en temps réel sur la base d’une structure multi-agent, utilisant un protocole de communication simple et avec un débit de données limité. Un cadre comme celui-ci permet de diriger facilement un réseau entier comme une ressource équivalente unique en lui permettant de soutenir le réseau principal à travers l’exploitation de la flexibilité de ses composants en temps réel. Les principales fonctionnalités de la méthode sont : (i) contrôler indirectement la réserve des systèmes de stockage et, par conséquent, de maximiser l’autonomie de l’opération en îlot, (ii) garder le système sous des conditions de fonctionnement faisables en exploitant ses degrés de liberté d’une meilleure manière et (iii) garder le bilan de puissance du système sans utiliser la fréquence comme une variable globale, ce qui lui permet de piloter des systèmes sans inertie. La méthode a été largement validé, d’abord par des simulations et plus important encore, dans un setup micro-réseau à l’échelle réelle. Cette installation est la première infrastructure expérimentale qui prouve l’application d’un mécanisme de contrôle des flux de puissance explicits sans “droop control”.