analyse paramÉtrique des rÉseaux Électriques

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UNIVERSIT DE MONTRAL ANALYSE PARAMTRI QUE DES RSEAUX LECTRI QUES SUR MATLAB PHILIPPE JUNIOR OSSOUCAH DPARTEMENT DE GNIE LECTRIQUE COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL MMOIRE PRSENT EN VUE DE LOBTENTIONDU DIPLME DE MATRISE S SCIENCES APPLIQUES (GNIE LECTRIQUE) DCEMBRE 2010 Philippe Junior Ossoucah, 2010. UNIVERSIT DE MONTRAL COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL Ce mmoire intitul: ANALYSE PARAMTRIQUE DES RSEAUX LECTRIQUES SUR MATLAB Prsent par : OSSOUCAH Philippe Junior en vue de lobtention du diplme de : Matrise s Sciences Appliques a t dment accept par le jury dexamen constitu de : M. MAHSEREDJIAN Jean, Ph.D., prsident M. SIROIS Frdric, Ph.D., membre et directeur de recherche M. HUNEAULT Maurice, Ph.D., membre iii DDI CACE J aimerais ddicacer mon mmoire mes deux fils, Williamet Enzo. iv REMERCI EMENTS Jaimeraisremerciermondirecteurderecherche,FrdricSirois,quimapaul,guidet conseilltoutaulongdemestravaux,maconjointe,MyriamVaugon,poursonsoutienetsa patience,maisgalementtouteslespersonnesquiontsufairegrandirceprojetparleur encouragement et leurs nombreuses ides. v RSUM Le domaine de lnergie est en pleine mutation. Les socits dnergie souhaitent tirer partie des nouvellestechnologiesetsourcesdnergieafinderduirelescotsdoprationetaugmenter lefficacit et la fiabilit de leur rseau. Afin de prdire limpact de ces changements, linstitue de recherche dHydro-Qubec a dcid de dvelopper, a travers un vaste projet, le savoir-faire et les outilsddislvaluationdesnouvellesarchitecturesetrglesdexploitationdecesfuturs rseaux lectriques. Loutil dvelopp dans le cadre de cette prsente recherche fait partir de ce grand projet et propose une nouvelle approche pour raliser des analyses paramtriques et tudier lvolution des rseaux lectriques. Le nouvel outil danalyse de rseaux lectriques est dvelopp en langage Orient Objet surMatlab.Desbouclesdesimulationspeuventtreprogrammesdansunlangagedehaut niveau afin dtudier lvolution des paramtres et la topologie des rseaux lectriques et valuer la fiabilit des rseaux selon la mthode de Monte-Carlo. Lobjectif est danalyser lvolution des rseauxlectriquesentenantcomptedunemultitudedecontraintesalatoires,quellessoient techniques, conomiques ou environnementales. LenvironnementMatlaboffrelusageruneplateformededveloppementdansun langagedehautniveausurlaquelleilpeutadapterloutildAnalyseParamtriquedesRseaux lectriques sur Matlab (APREM) ces propres besoins danalyse de rseaux lectriques. vi ABSTRACT The Power System field is going through a lot of changes. Utilities are willing to take advantage of new energy sources and technologies with the aim of reducing operating costs and increasing efficiencyandreliabilityoftheirnetwork.Inordertopredictthosechangesandquantifytheir impact,Hydro-QubecResearchInstitutedecidedtodevelop,throughalargeproject,the knowhowandtoolsdedicatedtotheevaluationofnewarchitecturesandoperatingprocessesof those future networks. Thetooldevelopedunderthispresentresearchformsispartofthislargeprojectand proposesanewmethodtorunparameterizedstudiesandaddressestheevolutionofelectrical networks. Thenewnetworkanalysistooldevelopedusestheobject-orientedprogramming capabilitiesofMatlab.Loopsimulationscanbeperformedinahighlevellanguageinorderto studytheevolutionofnetworkparametersandtopologyandevaluatethereliabilityofpower systems using the Monte-Carlo method. The aim is to address the evolution of electrical networks taking account of various random constraints arising from environmental, technical or economic challenges. TheMatlabenvironmentprovidestotheuseradevelopmentplatforminahighlevel language on which he can adapt the APREM tool to its electrical analysis needs. vii TABLE DES MATI RES DDICACE............................................................................................................................ IIIREMERCIEMENTS ......................................................................................................................IVRSUM............................................................................................................................. VABSTRACT............................................................................................................................VITABLE DES MATIRES ........................................................................................................... VIILISTE DES TABLEAUX ............................................................................................................... XLISTE DES FIGURES ...................................................................................................................XILISTE DES ANNEXES .............................................................................................................. XIVINTRODUCTION ............................................................................................................................ 1CHAPITRE 1 REVUE DE LITTRATURE ET TAT DE LART .......................................... 61.1 Fiabilit ............................................................................................................................. 61.1.1 Techniques analytiques ................................................................................................ 61.1.2 Simulations (Monte-Carlo) ........................................................................................ 141.2 Choix de lalgorithme de calcul de rpartition de puissance ......................................... 211.3 Logiciel commerciaux .................................................................................................... 241.4 Matlab orient objet ....................................................................................................... 27CHAPITRE 2 APPROCHE MTHODOLOGIQUE ................................................................ 29CHAPITRE 3 CORPS DE LOUVRAGE : OUTIL APREM .................................................. 323.1 Matlab ............................................................................................................................. 323.2 Matrice nodale augmente modifie .............................................................................. 323.2.1 Matrice dadmittances ................................................................................................ 333.2.2 Matrices des sources de tension ................................................................................. 353.2.3 Matrices des sources de courant ................................................................................. 37viii 3.2.4 Matrices des transformateurs deux enroulements ................................................... 383.2.5 Matrices des interrupteurs .......................................................................................... 403.3 Ajout des contraintes de puissance la matrice nodale ................................................. 423.3.1 Contraintes des charges PQ ........................................................................................ 423.3.2 Contraintes des sources PV ........................................................................................ 443.4 coulement de puissance ............................................................................................... 453.4.1 Mthode de Newton-Raphson .................................................................................... 453.4.2 La matrice Jacobienne ................................................................................................ 463.4.3 Initialisation et itrations de Newton-Raphson .......................................................... 493.5 Les nouvelles classes de loutil APREM ....................................................................... 523.5.1 Organisation des classes ............................................................................................. 523.5.2 La classe cEquipment ................................................................................................. 583.5.3 La classe cImpedance ................................................................................................. 623.5.4 La classe cIsource ....................................................................................................... 663.5.5 La classe cVsource ..................................................................................................... 693.5.6 La classe cTxfo ........................................................................................................... 733.5.7 La classe cSwitch ....................................................................................................... 783.5.8 La classe cLoad .......................................................................................................... 823.5.9 La classe cPVsource ................................................................................................... 863.6 Comment fonctionne loutil APREM ............................................................................ 903.6.1 Cration du rseau ...................................................................................................... 903.6.2 coulement de puissance du rseau ........................................................................... 923.6.3 La fonction fIsland ..................................................................................................... 953.6.4 Analyse paramtrique ................................................................................................. 98ix 3.6.5 Le paramtre function et la fiabilit ......................................................................... 1003.7 Validation et rsultats ................................................................................................... 1053.7.1 Exemple I : projet de ligne en Bolivie ...................................................................... 1053.7.2 Exemple II : projet tudiant - cours de fiabilit ......................

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