interaction des reseaux de transport et de …

54
1 Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008 INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTIONS DECENTRALISEES INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE DE PRODUCTIONS DECENTRALISEES Thèse préparée par : Miguel FONTELA Directeurs de Thèse : Nouredine HADJSAID Seddik BACHA Co-Encandrant : Raphaël CAIRE Thèse préparée par : Miguel FONTELA Directeurs de Thèse : Nouredine HADJSAID Seddik BACHA Co-Encandrant : Raphaël CAIRE

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Page 1: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

1Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT

ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE

DE PRODUCTIONS DECENTRALISEES

INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT

ET DE DISTRIBUTION EN PRESENCE

DE PRODUCTIONS DECENTRALISEES

Thèse préparée par : Miguel FONTELA

Directeurs de Thèse : Nouredine HADJSAIDSeddik BACHA

Co-Encandrant : Raphaël CAIRE

Thèse préparée par : Miguel FONTELA

Directeurs de Thèse : Nouredine HADJSAIDSeddik BACHA

Co-Encandrant : Raphaël CAIRE

Page 2: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

2Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 3: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

3Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 4: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

4Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

I.- Contexte du travail

� Augmentation des productions décentralisées :� Préoccupation environnementale et incitations réglementaires� Directives Européennes pour insertion des énergies renouvelables :

>> Contexte des 3 x 20 % pour 2020 � Intégration des nouveaux acteurs� Évaluation de l’impact sur les performances du système

� Obstacles pour la construction des nouveaux ouvrages � e.g. interconnexion France-Espagne

� Réseaux électriques : une infrastructure critique� Attaques malicieuses � Multiplication des grandes pannes électriques

>> Besoin de maîtriser la qualité et la robustesse

Page 5: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

5Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

I.- Contexte du travail

� Éolien : perspectives

Source: EWEA, 2007

300 GW

Page 6: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

6Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

I.- Contexte du travail

� Solaire : perspectives

Source : EPIA, 2006

1272

2030

Page 7: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

7Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 8: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

8Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

HTA/BT20kV/400V

HTB/HTA63kV/20kV

400kV/63kV400kV/63kV

HTB/HTA63kV/20kV

HTA/BT20kV/400V

Transport

Répartition

Distribution

Consommation

Production

GED

GED

GED

>> Augmentation du couplage entre T&D

PROTECTIONS

CONTROLE

INCERTITUDES

Page 9: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

9Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Italie dans le noir

Perte des LIGNES

⇒ Effet DOMINO

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

Page 10: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

10Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

� Mécanismes de formation des grandes pannes

CHUTEde TENSION

Type de phénomène

Événement

Déclenchementgénérateurs

Variation de la charge

Ouvertureouvrages

SURCHARGES

PERTE duSYNCHRONISMEProtection

des groupes

SURCHARGES

CHUTEde TENSION

Type de phénomène

Événement

Déclenchementgénérateurs

Variation de la charge

Ouvertureouvrages

SURCHARGES

PERTE duSYNCHRONISMEProtection

des groupes

SURCHARGES

CASCADEde

SURCHARGES

Type de phénomène

Événement

Courts-circuitsOuvertureouvragesTransport

Variationcharge

Déconnexionproduction

Tensions basses

Protectionsurcharges

Nouvelleconfiguration

réseau

ECROULEMENTde TENSION

SOUS-RESEAUX

PERTE duSYNCHRONISME

CASCADEde

SURCHARGES

Type de phénomène

Événement

Courts-circuitsOuvertureouvragesTransport

Variationcharge

Déconnexionproduction

Tensions basses

Protectionsurcharges

Nouvelleconfiguration

réseau

ECROULEMENTde TENSION

SOUS-RESEAUX

PERTE duSYNCHRONISME

PERTE duSYNCHRONISME

Type de phénomène

Événement

Courts-circuits

Déclenchementproduction

Ouvertureouvrages

Tensions basses

Protectiongroupes

SOUS-RESEAUX

MISE hors TENSION

PERTE duSYNCHRONISME

Type de phénomène

Événement

Courts-circuits

Déclenchementproduction

Ouvertureouvrages

Tensions basses

Protectiongroupes

SOUS-RESEAUX

MISE hors TENSION

DEVIATIONFREQUENCE

Type de phénomène

Événement

Courts-circuits Déconnexionproduction

Variationcharge

Réserves primairesinsuffisantes

Protectiongroupes

SOUS-RESEAUX DEVIATIONFREQUENCE

Type de phénomène

Événement

Courts-circuits Déconnexionproduction

Variationcharge

Réserves primairesinsuffisantes

Protectiongroupes

SOUS-RESEAUX

Page 11: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

11Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

� Grandes pannes : solutions techniques� Structurelles

� Liaison à Courant Continu (HVDC) : arrêt de la propagation des perturbations

� Insertion des moyens FACTS (SVC, TSSC, …) : compensation de puissance réactive, contrôle des flux de puissances, amortissement des oscillations…

� Opérationnelles� Stratégies Contrôle & Surveillance :

� Plan de DEFENSE

�Préparation et anticipation�Îlotages intentionnels : basés sur la production décentralisée

���� AMELIORATION ROBUSTESSE DU SYSTEME�Reconstitution basée sur la Prod. décentralisée (BLACK START)

Page 12: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

12Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 13: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

13Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Définition de la Robustesse

La robustesse du système électrique peut être définie comme la capacité d’un système électrique à garantir un état stable de fonctionnement face aux petites perturbations et aux incidents majeurs sous différentes conditions de charge et de sollicitation

ROBUSTESSE

EQUILIBRE SYSTEME

FIABILITE

SECURITE

ROBUSTESSE

EQUILIBRE SYSTEME

FIABILITE

SECURITE

Page 14: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

14Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Méthodologie d’étude de la Robustesse

Point de fonctionnement

ÉvaluationIndices de robustesse

Perturbations

Niveaudu risque

Limites du système

Défaillances

Point de fonctionnement

ÉvaluationIndices de robustesse

Perturbations

Niveaudu risque

Limites du système

Défaillances

Page 15: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

15Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Indices de Robustesse� Indice de Robustesse- RI (Robustness Index)

� Stabilité petits signaux (SSS, Small-Signal Stability)

� Limites statiques des éléments du système (SPIR, Static Performance Indices Robustness )

� Écroulement de tension (VCI, Voltage Collapse Indicator )

� Déviation de fréquence (FD, Frequency Deviation )

� Perte de synchronisme (LS, Loss of Synchronism )

� Marge d’exploitation en temps-réel (RTM, Real Time Margin )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )}{ RTM;LS;FD;VCI;SPIR;SSSmaxRI =

(((( ))))

⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒

====

Normal0

Alerte1

Action2

Danger3

RI

Page 16: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

16Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Indices de Robustesse� Écroulement de tension (VCI)

� Déviation de fréquence (FD)

� Perte de synchronisme (LS)

� Marge d’exploitation (RTM)

(((( ))))

<<<<

<<<<

====

casautresi01TH)min(Vsi12TH)min(Vsi3

VCI noeud

noeud

( ) ( ) ( )[ ]( ) ( )[ ]2DG1DGALEA

ILPR1FD

++

+=

(((( ))))

<<<<>>>>

>>>>>>>>

<<<<

====

1)1)et(FD1alea(aleasi3

1)1)et(FD1alea(aleasi0

)1alea(aleasi0

FD

(((( ))))

>>>><<<<

====11RTMsi0

11RTMsi2RTM

(((( ))))AttenduesReserves

RéelTempsReserves1

RTM ====

(((( ))))

====mesynchronis de perte de pas si 0

emsynchronisdepertesi3LS

Page 17: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

17Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� 4 unités thermiques : 1000 MVA chacune (GEN4 GEN6 GEN8 GEN9);� 3 unités nucléaires : 1080 MVA chacune

(GEN1 à GEN3);� 3 unités hydrauliques : 615 MVA chacune (GEN5 GEN7 GEN10);

� Charges impédantes:

� Cas d’étude: IDEA_CRISP_39buses�Réseau IEEE New England 39 noeuds

III.- Robustesse: méthodologie & indices

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

GG

31

11

13

GG

10

39

14

GGG

GG

20

19

34

33

1817

32

GG

38

29

26 28

27

2116

GG35

15

22

GG

23

24

36

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4

2

00 V

VP)V(P

====

2

0

0)(

====

V

VQVQ

Page 18: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

18Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� Cas d’étude: IDEA_CRISP_39buses

III.- Robustesse: méthodologie & indices

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST30

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST30

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST30

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

D1 D2

11

B2

400/63 kV

20 km

20 km

B3

63/20 kV 63/20 kV 63/20 kV

13

20 km

20 km

B4 B5B1

D1 D2

11

B2

400/63 kV

20 km

20 km

B3

63/20 kV 63/20 kV 63/20 kV

13

20 km

20 km

B4 B5B1

Page 19: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

19Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� Différents taux d’insertion des productions décentralisées : 10, 20, 30, 40 et 50 % de la production totale

� Réduction des pertes dans le système (génération proche des charges)

� 50% de réduction des pertes avec présence des productions décentralisées

� Réduction des flux de puissance dans le système de transport � Meilleur comportement face aux surcharges� Meilleur comportement face à l’effet domino (pertes de lignes)

III.- Robustesse: méthodologie & indices

Page 20: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

20Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Liste des événements� (n-1)� (n-2)� Scenarii catastrophiques:

� Perte de la plus grande centrale (GEN1 = 1080 MVA)� Variation intempestive des charges : forte (500 MW, 8 % de la demande en

cours), très forte (1200 MW, 20% de la demande en cours)� Court-circuit triphasé de 200 ms dans les lignes de transport� Pertes de composants (n-3)� Pertes de composants (n-4)� Pertes de composants (n-5)� Pertes de composants (n-6)

� Différent scénarii d’étude� Scénario 1 : avec protection de découplage instantanée� Scénario 2 : sans protection de découplage� Scénario 3 : insertion de sources intermittentes de n’importe quel type� Scénario 4 : concentration de la production dans une zone

Page 21: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

21Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Scénario 1 : avec protection de découplage instantanée

� Seuils de la protection de découplage : 0.85 Un et 49.5 ou 47.5 Hzavec différentes temporisations (100 ms, 500 ms)

� Évènement COURT-CIRCUIT de 200 ms dans le réseau de transport : deconnexion des productions décentralisées

� Apparition du délestage de charges pour des insertions > réserve primaire

� Perte du système si: (événement + perte d’une quantité importante d productions décentralisées )� Impact BLOQUANT pour le système de TRANSPORT

III.- Robustesse: méthodologie & indices

Page 22: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

22Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Scenario 2 : sans protection de découplage

� Problèmes de stabilité à cause d’une insertion massive des productions décentralisées > 50%

� Un taux de 50% de production décentralisée est un taux robuste et à faible risque sur le réseau du cas d’étude

� 40% -50% comportements similaires

III.- Robustesse: méthodologie & indices

Page 23: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

23Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Scenario 3 : Intermittence des sources

0 10 20 30 40 50

64.5

65.0

s

kV

[crisp10E] TENSION AU NOEUD: B3 Unité : kV

0 10 20 30 40 50406

407

408

s

kV

[crisp10E] TENSION AU NOEUD: BUS- 6 Unité : kV

III.- Robustesse: méthodologie & indices

>> Tension réglée localement

>> Déviation de Fréquence

Page 24: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

24Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Scenario 4 : concentration de la production décentralisée dans une zone (cas du Danemark)

� 40% production décentralisée

� Avantages par rapport au système sans production décentralisée

�Aux variations de charges

� Perte de la plus grande centrale

� Perte combinée de composants(n-5) et (n-6).

III.- Robustesse: méthodologie & indices

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST24

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST24

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

GG GG

G

2

30 37

25

3

4

5

6

7

8

39b

1

9

522

1104

224

322

500

234 GG

31

9 11

13

GG

10

0.5

39

1000MW

250MW 540MW

572MW

14

GGG

GG

20

19

34

33

18

17

158

32

650MW 508MW

GG830MW

38

29

26 28

27139 206

281

2116

GG35

15

320

22

GG

23

24

650MW

632MW

36

560MW

248309

274

284

680

Gen1

Gen10 Gen8 Gen9

Gen2

Gen3 Gen5 Gen6

Gen7

Gen4STN

DIST21 à DIST24

DIST2, DIST3, DIST8,DIST12, DIST13

DIST19, DIST20

DIST4, DIST14

DIST1

DIST5

DIST6

DIST7

DIST9

DIST10

DIST11DIST15DIST16

DIST17

DIST18

Page 25: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

25Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Taux approprié d’insertion de production décentralisée� Protection de découplage

instantanée

� Pas de délestage de charges suite à un court-circuit franc dans le réseau de transport

Réserve Primaire

Court-circuitTransport

3phase 150 ms

DéconnexionProtections Découplage

à 0.85 Un

DélestageCharges (15%)

à 49 Hz

Court-circuitTransport

3phase 150 ms

DéconnexionProtections Découplage

à 0.85 Un

DélestageCharges (15%)

à 49 Hz

Hz

Page 26: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

26Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

III.- Robustesse: méthodologie & indices

� Taux approprié d’insertion de production décentralisée� Absence de problèmes de protection de découplage : FD1 à 1

0.55928 MW731 MWPR + LS (49 Hz)

+ LS (48.5Hz) + LS (48 Hz)

Perte de GED 50% (= 3000 MW)

0.69928 MW731 MWPR + LS (49 Hz)+LS (48.5Hz)

Perte de GED 40% (= 2400 MW)

0.92928 MW731 MWPR +LS (49Hz) + LS(48.5Hz)

Perte de GED 30% (= 1800 MW)

1.38928 MW731 MWPR + LS (49 Hz)Perte de GED 20% (= 1200 MW)

2.37928 MW731 MWPR + LS (49 Hz)Perte GED = PR

2.76928 MW731 MWPR Perte de GED 10% (= 600 MW)

Indice FD1(pour ALEA = Événement)

Délestage de charges (IL)

= LS [49Hz] (MW)

Réserve Primaire= PR (MW)

Système sauvé parÉvènements

Page 27: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

27Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� La productions décentralisées ne supportent pas le système en cas de grandes pannes� Protection de découplage

� La technologie devrait évoluer� Les protections de découplage doivent changer pour

améliorer la robustesse du système

� Réduction des pertes : avantage économique (€)� Les productions décentralisées pourraient éviter la

propagation des pannes:� Limitations des surcharges (effet domino moins probable)� Sauver quelques parties du système : îlotages intentionnels

III.- Robustesse: méthodologie & indices

Page 28: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

28Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 29: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

29Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels

Normal

Alerte

UrgenceIn extremisIlotages

Reprise Générale

Actions de

secours

Ilotages IntentionnelsSystème de défense

Blackout

Actions Urgence

Actions correctives

Actions correctives

Actions correctives

Evenéments

Evenéments

Normal

Alerte

UrgenceIn extremisIlotages

Reprise Générale

Actions de

secours

Ilotages IntentionnelsSystème de défense

Blackout

Actions correctives

Actions correctives

Actions correctives

Evenéments

Evenéments

Page 30: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

30Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels

Réseau en urgence

Formation îlotages

intentionnels

Reprise interconnexion

Faisabilité des îlotagesIndices Robustesse des îlots

SynchronisationSous-systèmes

Conditions techniquesÉtat d’urgence

Îlotages intentionnels maintenus

Reconfiguration sous-systèmesSystème interconnecté

PHASE 1

PHASE 2

PHASE 3

V << Vnf < 48 Hz

(df/dt) > 0,5 Hz/s

robustessefaisabilité

∆u, ∆f, ∆δδδδ

Page 31: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

31Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Critères Techniques pour la faisabilité de l’îlotage

� Régulation de Fréquence & de Tension

� Équilibres Prod. Vs Consom.

� Système de Protection

� Stabilité : tenue aux événements

>> IL NE SUFFIT PAS DE RAISONNER EN EQUILIBRES PUIS SANCES

>> Compatibilité du système de protection à étudier au cas par cas

REGULATION

EQUILIBRES

STABILITE

PROTECTION

Page 32: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

32Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels : limite d’insertion de production intermittente

� FD2 proche de 1

� Pas comptabilisée à l’avance pour les équilibres

� Évènements de raccordement et de déconnexion lors des déviations de tension et de fréquence

� Comparaison Production Décentralisée Intermittente avec la Réserve primaire et les Délestages de charge jusqu’au 49 Hz

(((( )))) (((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]](((( )))) (((( ))))[[[[ ]]]]ALEADG

ILPR2

FDx ++++

++++====

Page 33: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

33Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels : PHASE 1

Dérivée de fréquence > |0,5 Hz/s|

Perte Production(GEN1, GEN2 et GEN3)

Îlotage Intentionnel Distribution

Hz

Dérivée de fréquence > |0,5 Hz/s|

Perte Production(GEN1, GEN2 et GEN3)

Îlotage Intentionnel Distribution

Hz

Page 34: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

34Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

Dérivée de fréquence

> |0,5 Hz/s|

Perte Production(GEN1, GEN2 et GEN3)

Îlotage Intentionnel Distribution Maintenu

Hz

Dérivée de fréquence

> |0,5 Hz/s|

Perte Production(GEN1, GEN2 et GEN3)

Îlotage Intentionnel Distribution Maintenu

Hz

� Intérêt des îlotages intentionnels : PHASE 2

Page 35: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

35Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

Hz

Hz

Îlotage Intentionnel Distribution

Îlotage Intentionnel Distribution

SynchronisationTransport-Distribution

SynchronisationTransport-Distribution

Hz

Hz

Îlotage Intentionnel Distribution

Îlotage Intentionnel Distribution

SynchronisationTransport-Distribution

SynchronisationTransport-Distribution

� Intérêt des îlotages intentionnels : PHASE 3

Page 36: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

36Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels� Variation de puissance de 0,5 MW ���� FD2 >1

Îlotage Intentionnel Distribution

Variation de charge 04BORIE 0.5 MW

IL = 0MW et PR=1.32MW

Reprise système interconnecté

Îlotage Intentionnel Distribution

Variation de charge 04BORIE 0.5 MW

IL = 0MW et PR=1.32MW

Reprise système interconnecté

Page 37: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

37Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

IV.- Îlotages intentionnels: faisabilité

� Intérêt des îlotages intentionnels� Perte Génération 6MW ���� FD2 <1

Îlotage Intentionnel Distribution

Perte d’une machine à 6MWPR=1.32MW

Perte de synchronismedans l’îlotage intentionnel

Îlotage Intentionnel Distribution

Perte d’une machine à 6MWPR=1.32MW

Perte de synchronismedans l’îlotage intentionnel

Page 38: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

38Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 39: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

39Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

V.- Régulation de l’énergie

� Nouvelle Régulation de l’énergie� Énergies Renouvelables Énergies de Base� Compensation pour favoriser les équilibres et sous-systèmesdes plans de défense

>> GENERATEURS DE COMPENSATION

TRANSPORT

DISTRIBUTION

GENERATIONCENTRALISEE

GENERATIONDECENTRALISEE

CONSOMMATION

GENERATIONDECENTRALISEE

Réglage de tension et fréquence

Réglage de tension localeRachat des énergies primairesÉnergies tertiaires mobilisables

TRANSPORT

DISTRIBUTION

GENERATIONCENTRALISEE

GENERATIONDECENTRALISEE

CONSOMMATION

GENERATIONDECENTRALISEE

Réglage de tension et fréquence

Réglage de tension localeRachat des énergies primairesÉnergies tertiaires mobilisables

Page 40: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

40Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

V.- Régulation de l’énergie

� Participation GED à la RESERVE PRIMAIRE

4-5% min.Production Centralisée

2% min.Production Décentralisée

Pourcentage de Participation

par rapport à la Puissance Nominale

Nature de l’énergie

Hz

Système avec GEDParticipant à la RP

Système sans GEDParticipant à la RP

� Meilleure tenue en fréquence

� Évolutions de Puissance mieux gérées

� Indices FDx plus favorables

ROBUSTESSE & FLEXIBILITE

� Meilleure tenue en fréquence

� Évolutions de Puissance mieux gérées

� Indices FDx plus favorables

ROBUSTESSE & FLEXIBILITE

Page 41: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

41Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 42: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

42Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Market deregulation

DG insertion

ICT improvement

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

Information system for the EPS

Control of emergency situations

Enhancement of system robustness

http://www.ecn.nl/crisp/

NEW ELECTRICAL WORLD

Page 43: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

43Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

� ICT (Information Communication Technologies)

� Semantic definition: Information vs Communication vsComputerization

InformationSystem

CommunicationSystem

InformationSystem

MeasuresCollecting data

Storing, UsingVisualizing data

InformationSystem

CommunicationSystem

InformationSystem

MeasuresCollecting data

Storing, UsingVisualizing data

Page 44: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

44Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� Communication delays with different communication links

Source: SPID project, Amin.M

Power System Task Bandwidthrequirement

Currentresponse time

Load shedding( local decision)

Low Seconds

Adaptive Relaying (i.e. Blocking relaying)

Low Not available

Hierarchical Data Acquisition andTransfer

High Seconds

Line/ Bus reconfiguration

Low Minutes (by Manual)

Control devices (e.g. FACTS, Transformer)

Medium Seconds (by Manual)

Fault Event Recorder Information

Medium Minutes

Generator Con trol Low Seconds

National StrategicPower Defense Plan

High Not applicable

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

Page 45: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

45Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� EPS states and main operations� Normal operation

� Monitoring� Information analysis (EMS, Energy Management System)� Metering (smart-meter)

� Emergency operation� Violations of security criteria� Need of the coordination of actors� Coordination of Upper SCADA levels

� Restoration operation � Detection, synchronization and interconnection of existing sub-

areas� Emergency communication links

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

Page 46: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

46Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� Standards and recommendations depending on the task

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

Source: CIGRE B5.11, 2003

Page 47: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

47Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� CRISP project: new architecture for the utility communications

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

UtilityIP Network

INTELLIGENTELECTRONIC

DEVICES

LOCALCONTROL

(SUBSTATION)

NATIONALCONTROL

DATACONCENTRATOR

Page 48: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

48Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� CRISP experiments: BTH-IDEA� Fault detection and localization tool: network properties

VI.- ICTs: Distributed Intelligence

Page 49: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

49Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

� Needs of new ICT components in EPS� To develop new operations/functions in the system

�Observability

�Dispatchability

�Controllability

� Lessons learned from last blackouts (coordination, defense and emergency strategies)

� Cost, dependability, security and reliability: major parameters

� CRISP project ���� INTEGRAL project� New possibilities with ICTs� Self-healing operations � Test of new ICT components

VI.- ICTs: Conclusions

Page 50: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

50Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

Plan de la Présentation

I.- Contexte du travail

II.- Réseaux de transport, prod. décentralisée et grandes pannes

III.- Robustesse : méthodologie & indices

IV.- Îlotages intentionnels : faisabilité

V.- Régulation de l’énergie avec la production décentralisée

VI.- ICTs: Intelligence Distribuée

VII.- Conclusions et perspectives

Page 51: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

51Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

VII.- Conclusions

� Interactions et Couplages forts entre le T&D>> Dynamiques spécifiques à prendre en compte>> Découplages T&D difficiles si incident majeur

� Robustesse : indices RI et FD>> Indices de performances flexibles & adaptables>> Réelle attente des TSOs/DNOs

� Exigences en terme de Réserves Primaires>> Amélioration de la Robustesse>> Pourquoi pas un marché de réserves primaires : rachats ?

� Identification des ICTs pour la Prod. Decentralisée>> Nouvelles stratégies non applicables autrement

Page 52: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

52Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

VII.- Perspectives

� Approfondir les indices pour image en Temps Réel>> Vecteurs majeurs sans passer par l’analyse des incidences

� Définir un indice de robustesse multidisciplinaire>> ICT + Technique: prise en compte des vulnérabilités >> Fausses alertes pas prises en compte

� Analyser les indices de Robustesse : continus & discrets ?>> Pentes critiques de variation & notion de distances

� Utiliser les ICTs pour l’îlotage intentionnel >> Développement des agents & outils de contrôle>> Automatisations envisageables>> Coordination entre TSOs/DNOs

Page 53: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

53Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

QUESTIONS ?

Page 54: INTERACTION DES RESEAUX DE TRANSPORT ET DE …

54Saint Martin d’Hères, le 10 Juillet 2008

QUESTIONS ?