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Les smartgrids ou réseaux électriques intelligents

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Text of Les smartgrids ou réseaux électriques intelligents

(Réseaux_intelligents_Hadjsaid_X_ENS_V0)N. HADJSAID Grenoble INP/
2
Environnement Lois et objectifs sur l’environnement (3x20%)
Sociétal Consommateur acteur du système électrique, Accessibilité, services énergétiques
Sécurité d’approvisionnement
Sécurité d’approvisionnement
Technologie +Démocratisation TIC, +Maturation technos de
petites génération et de stockage
Technologie +Démocratisation TIC, +Maturation technos de
petites génération et de stockage
Contexte et enjeux
OpérateurOpérateur ExterieurExterieur
Marché EPEX
5
6
Quatre familles d’aléas – Aléas de consommation – Aléas météorologiques
• Perturbations induites : courts-circuits, déclenchements de groupes de productions…
– Pannes (défaillances d’équipements et logiciels)
– Agressions extérieures • Sectionnement de câbles par des
pelleteuses, accidents de personnes…
Aléas et résilience…
ouragan2012.com
7
Mais aussi – Guadeloupe (2012), Malaisie (2005),
Jordanie (2004), Grèce (2004), Finlande (2003), Suède&Danemark (2003), Londres (2003), ….
Coût variable mais peut avoisiner 1% PIB
15 Toronto, blackoutAugust 2003(wiki)
8
( )

=
=
),,(
,,


⋅+⋅=
⋅+⋅= ∂ ∂
du réseau électriquedu réseau électrique
Bloc Générateur / Reg.U / Rég.
Bloc Générateur / Rég.U / Rég. / PSS
Méthodes d’analyse
Hybride
Méthodes d’analyse Méthodes d’analyse temporelle, Directe ou temporelle, Directe ou
HybrideHybride
10
UEPUEPUEPUEP1111
TCETCEMarge de StabilitMarge de Stabilit éé
UEPUEPUEPUEP2222
SEP2
SEP1
SEP2
SEP1
Principe des m éthodes directes
Méthodes basées sur les Fonctions d’énergie Transitoire
(FET) du système multi- machines
,
M
= − − −
∑ ∫
% %
% %
&% %% % %
SEPSEP
12
Le système linéarisé autour d’un point de fonctionnement
Matrice d’état A
Mesuré par WAMS Source : Analysis and Damping of Inter-Area Oscillations
in the UCTE/CENTREL Power System Rapport CIGRE 2000 – 38-113
14
∑∑ ≤ eschi
Le réseau électrique : Un bien commun, un facteur d’économie
Constraintes techniques
Stockage très limité
16
Grandes pannes et impact fréquence/tension
290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 49
49.5
50
50.5
F re
qu en
cy [ H
z]
290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 0.4
0.6
0.8
1
V ol
ta ge
~
Réglage fréquence
Lien naturel entre la vitesse d’un générateur synchrone, la puissance de la turbine PM (et la variation de puissance active Pe) injectée dans le réseau
S
N
p
f
p
Au niveau de chaque générateur qui participe au réglage primaire
Maintenir l’équilibre production consommation de la puissance active suivant un statisme donné : P = -K. f
Temps de réponse de quelques secondes
Réglage primaire
5.49 5.50
réseau électrique
de transport
Au niveau de chaque générateur qui participe au réglage secondaire coordonné par les centres de conduite
Ramener la fréquence à la valeur nominale : régulation de vitesse des groupes tournants
Temps de réponse de 30 secondes à 10 minutes
Réglage secondaire
21
Les infrastructures couplées: réseaux électriques et réseaux d’information et de
communication
(*) dt
Niveau 3: Réseau électrique
Niveau 1: Baie
center
center
Canaux de communication
Autres acteurs du marché Autres systèmes SCADA
Autres réseaux électriques, systèmes SCADA et autres acteurs
23
l'analyse des différents phénomènes (en cascade)
l’étude de la fiabilité, la sécurité et la vulnérabilité des réseaux électriques.
l'extraction de caractéristiques topologiques telles que le degré d'interconnexion et la distance entre les paires de nœuds.
Graphe du Réseau UCTE Première Zone
Modeling Coupled interactive infrastructures: Power/Information/Communication
24
Degré de nœud
Scénario 2 : Perte du générateur Est
Scénario 3 : Contigence N-1 dans le réseau électrique et panne du routeur 11
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0.95
1
1.05 Vitesse de rotation des machines synchrones -- Fre quence aux noeuds consommateurs
t [en s]
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0
1
t [en s]
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0.95
1
1.05 Vitesse de rotation des machines synchrones -- Fre quence aux noeuds consommateurs
t [en s]
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0
1
t [en s]
Source: ERDF
VEHR 1 Mo Bornes de recharges rapides – 43
GW Effets stochastiques – géographiques et
temporels
Puissance de sortie d’une ferme éolienne sur 1 mois , RU Ex : Vinon sur Verdon (31 mai 2009)
30
Besoin de plus d’intelligence…
Accroissement de la complexité: comment la gérer? Répondre à des besoins changeants
Nouveaux usages, consom’acteur, …. Production décentralisée, Gérer la liberté
Contraintes: Technologiques:
Approche centralisée vs décentralisée
Opérateur SystèmeOpérateur Système
AMM est un élément clé des SmartGrids mais pas le seul
Production Transport Distribution
Chaîne de valeur SmartGrids
des chargesdes chargesdes chargesdes charges
Interface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôle
des chargesdes chargesdes chargesdes charges
Déploiement Smartgrids: Mêmes fondamentaux, priorit és différentes
32
(Centralisée & décentralisée )
Véhicule hybride rechargeable
Le pilotage de la demande au service de l’intelligence du réseau
Interface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôle
des chargesdes chargesdes chargesdes charges
Interface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôleInterface de contrôle
des chargesdes chargesdes chargesdes charges
Résidentiel
Électroménager
Chauff/Clim
ACS, …
33
Expected Evolution
Control strategies: Decentralized/Coordinated
Coordinated Control global control of the grid by coordinating DGs choice of control settings to be implemented for each DG
Requires communication infrastructure
Decentralized Control local and autonomous control as a function of the network state at DG’s connection bus
Intelligent participation of all DGs to the regulation of voltage profile without communication
1st developent axis 2nd development axis
GED
GED
35
PV -3kW
36
4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.95
1
1.05
1.1
1.15
DG voltages – Rég. auto adaptative
37
Vin1/V00 - Vin2/V01 - Vin3/V02 - Vin4/V03 Digi tal I/O: Pin1(masse)&Pin2(IOP1) / V04
Vout1/V00 - Vout2/V01 - Vout3/V02
Cablage DSpace /Arene:
Idref
Iqref
Id
Iq
theta
Système de Contrôle Dspace
38
Réglage classique S max = 2 * 900 kW
Avec VVC S max = 2 * 2600 kW
t = 1200 s : Tension sur le réseau
0.95 p.u.
1 p.u.
1.05 p.u.
41
Optimization with evolutionary algo and Matroïdes
Le processus de Mutation et de croisement génèrent la configuration faisable
Evaluation + Selection
42
Gain up to 20% on losses with DGs
43
de distribution
44
Smartgrid demo project GREENLYS: A value through system view of Smartgrids
Advanced Electrical Network
Demand Response Management
including renewable energy resources
Electrical vehicle & distributed storage
Communication network Smart meter
47
Que vaut l’intégration du smart grid? Estimations
We expect the smart grid market to grow 100% in the next five years and 400% by
2030, from $20 billion today to $100+ billion in 2030. Since 2001, investors have provided ~$3.6 billion of private funding to smart grid companies
Morgan Stanley
China's smart grid market worth could reach US$61bn by 2 015
48
49
Conclusion
Système et réseau électrique – Un bien commun , un facteur d’économie globale – Système complexe , vulnérabilités inhérentes – Nouveaux défis :
• Production et EnR, VEHR, consom’acteur, éclatement de la chaîne, …
• Intégration européenne: grande dimension – Nécessité d’une vision système : optimisation
globale – L’hydraulique un « super atout » – SG dans la réflexion énergétique: transition
système et non pas « filière » – Plus d’intelligence