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Contribution to the study of autonomous micro-grid systems supplied by photovoltaic sources
No full textL'orientation énergétique actuelle vers le développement de systèmes électriques isolés, s'est traduit par l'établissement de nouvelles directives sur les performances et la fiabilité des structures de puissance mises en oeuvre, en particulier ceux à base d'énergies renouvelables. C'est dans ce contexte que s'inscrivent ces travaux de thèse, qui aboutissent à l'élaboration de nouveaux outils destinés à l'amélioration de la qualité d'énergie et de la stabilité d'un micro-réseau autonome. Concernant l'optimisation énergétique des interfaces de conversion pour un réseau autonome, nous avons développé de nouveaux algorithmes de commande basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. L'avantage de cette technique réside dans la possibilité d'implémentation de régulateurs à une boucle. Cela garantit des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. De plus, une prédiction exacte de l'évolution des variables d'états du système est possible. Concernant la stabilité des micro-réseaux autonomes, nous avons proposé des outils pour traiter les phénomènes d'instabilités, causés notamment par la perte d'informations de charges et par le phénomène de résonance des filtres d'interconnexionThe actual electrical energy demand focuses on the development of stand-alone electrical systems which leads to the definition of new directives on performances and reliability of the electrical structures, especially those based on renewable energy. The main objective of this work concerns the development of new tools to improve the power quality and the stability of autonomous micro-grid systems. In this aim, new control algorithms based on the concept of differential flatness have been developed. The main advantage of the proposed technique is the possibility of implementing one loop controllers ensuring high dynamic properties. In the same time, it allows accurate prediction of the evolution of all state variables of the system. Concerning the stability of the autonomous micro-grid systems, we proposed tools to deal with instability phenomena either caused by the loss of load information and the resonance phenomenon of the passive filter
Contribution à l'étude de micro-réseaux autonomes alimentés par des sources photovoltaïques
No full textThe actual electrical energy demand focuses on the development of stand-alone electrical systems which leads to the definition of new directives on performances and reliability of the electrical structures, especially those based on renewable energy. The main objective of this work concerns the development of new tools to improve the power quality and the stability of autonomous micro-grid systems. In this aim, new control algorithms based on the concept of differential flatness have been developed. The main advantage of the proposed technique is the possibility of implementing one loop controllers ensuring high dynamic properties. In the same time, it allows accurate prediction of the evolution of all state variables of the system. Concerning the stability of the autonomous micro-grid systems, we proposed tools to deal with instability phenomena either caused by the loss of load information and the resonance phenomenon of the passive filtersL'orientation énergétique actuelle vers le développement de systèmes électriques isolés, s'est traduit par l'établissement de nouvelles directives sur les performances et la fiabilité des structures de puissance mises en oeuvre, en particulier ceux à base d'énergies renouvelables. C'est dans ce contexte que s'inscrivent ces travaux de thèse, qui aboutissent à l'élaboration de nouveaux outils destinés à l'amélioration de la qualité d'énergie et de la stabilité d'un micro-réseau autonome. Concernant l'optimisation énergétique des interfaces de conversion pour un réseau autonome, nous avons développé de nouveaux algorithmes de commande basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. L'avantage de cette technique réside dans la possibilité d'implémentation de régulateurs à une boucle. Cela garantit des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. De plus, une prédiction exacte de l'évolution des variables d'états du système est possible. Concernant la stabilité des micro-réseaux autonomes, nous avons proposé des outils pour traiter les phénomènes d'instabilités, causés notamment par la perte d'informations de charges et par le phénomène de résonance des filtres d'interconnexio
Deep Learning and Support Vector Machine Algorithms Applied for Fault Detection in Electrical Power Transmission Network
No full textIn this paper, an interesting application of machine learning algorithms is presented. The main idea consists of applying both deep-learning and support vector machine supervised machine learning approaches to improve the quality and to guarantee the stability and the reliability of an electric power transmission system. These techniques are used mainly to detect, classify, and consequently locate faults in the electric power transmission network. To test the performance of the proposed techniques, the standard IEEE 14-bus power system is used. The fault free, the one fault and the multiple fault cases are investigated. Faults are applied to the IEEE 14-bus system and simulated using SimPowerSystems toolbox of Matlab. The accuracy score is used to compare the proposed techniques performances. Different results proved that studied machine learning methods made correct predictions. Nevertheless, the deep learning algorithm performances are proved while classifying all types of faults. Simulation results demonstrate that the deep learning technique can achieve an accuracy of 100% compared to the support vector machine which had an accuracy of 87%. © 2023, The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG.udemauteur: Azeddine Kaddour
Energy management strategies for microgrids integrating distributed energy storage units
No full textDans ce travail de thèse, de nouvelles techniques de commandes coopératives sont proposées pour pallier les limites du réglage primaire des Micro-réseaux AC autonomes intégrant plusieurs unités de stockage d'énergie décentralisées (MG-DESU). Ces nouvelles commandes distribuées prennent en compte l'état des sources d'énergie et des unités de stockage comme l'état de charge (SoC) et le coût de production des batteries, ainsi que l'efficacité intrinsèque et la dynamique de chaque générateur distribué (DG). Ces commandes corrigent également les déviations de fréquence et de tension des DGs engendrées par le contrôle primaire, tout en garantissant la stabilité du système. Deux stratégies d’équilibrage du SoC (SoC balancing) des DESU basées sur le consensus sont d’abord développées pour éviter une dégradation inégale des batteries, étendre leur durée de vie et réduire la charge de maintenance. Ensuite, une étude de stabilité petit signal du MG-DESU est réalisée afin d’évaluer l’influence des paramètres de contrôle, du délai de communication et des éléments du MG (lignes, charges, etc.) sur la stabilité locale du système avec les stratégies proposées. Enfin, le coût global de la production d'énergie des MG-DESU est minimisé grâce à une stratégie de dispatching économique basée sur le consensus et le principe des coûts incrémentaux égaux. Les performances des différentes stratégies de contrôle élaborées dans cette thèse, sont validées expérimentalement sur un banc d’essai PHIL (Power Hardware In-the-Loop), développé au sein du laboratoire, et ce pour différents scénarios de fonctionnement du MG-DESU.In this thesis work, new cooperative control techniques have been proposed to overcome the various limitations of primary control of autonomous AC Microgrids integrating multiple distributed energy storage units (MG-DESUs). These new controls take into account the state of energy sources and storage units, such as the state of charge (SoC) and production cost of batteries, as well as the intrinsic efficiency and dynamics of each distributed generator (DG). These controls also correct DG frequency and voltage deviations caused by primary control, while ensuring system stability. Two consensus-based SoC balancing strategies were first developed to avoid uneven degradation of the batteries, extend their service life and reduce the maintenance burden. Secondly, a small-signal stability study of the MG-DESU was carried out in order to evaluate the influence of control parameters, communication delay and system elements (lines, loads, etc.) on the local stability of the system. Finally, the overall cost of the MG-DESU energy production is minimized thanks to an economic dispatching strategy based on consensus and equal incremental cost principle. The performance of the proposed control strategies in this thesis was validated experimentally on a laboratory-developed Power Hardware In-the-Loop test bench for various MG-DESU operating scenarios
Design and Performance Analysis of Power System architectures : application to More Electric Aircraft
No full textFace au contexte environnemental actuel, les acteurs du secteur aéronautique se sont fixés pour objectif de réduire de 50% les émissions de CO2 de l’aviation d’ici 2050. Une des solutions envisagées est l’hybridation électrique de la propulsion. Celle-ci pourrait conduire à une évolution du réseau électrique de bord vers un micro-réseau intégrant des sources de stockage. Afin de quantifier l’impact de cette évolution, ces travaux de thèse proposent une approche de généralisation de l’étude de ces réseaux, aboutissant à un outil modulaire d’aide à l’analyse et la conception d’architectures hybrides multisources. Cet outil est appliqué sur une architecture multi-sources candidate, composée de deux génératrices et d’une batterie parallélisées sur un bus DC. Intégrées à l’outil, une stratégie de partage de puissance décentralisée ainsi qu’une fonction de maintien et récupération de l’état de charge de la batterie sont proposées, permettant la résilience du système en cas de défauts. Grâce à cette approche, l’évolution de la stabilité locale de ce système ainsi que de sa robustesse vis à vis de ses principaux paramètres a pu être quantifiée. De même, les lois de commandes proposées sont validées expérimentalement sur un banc multi-sources à échelle réduite, développé au cours de cette thèse.In response to the current environmental concern, the aeronautic sector have set the objective of reducing aviation’s CO2 emissions by 50% by 2050. One of the solutions considered is the hybridisation of propulsion. This could lead to an evolution of the on-board electrical network towards a microgrid integrating storage sources. In order to quantify the impact of this evolution, this thesis work proposes a generalisation approach to the study of these networks, leading to a modular tool to assist in the analysis and design of power system architectures. This tool is applied to a candidate power architecture, composed of two generators and a battery parallelized on a DC bus. A decentralised power sharing strategy as well as a battery state-of-charge maintenance and recovery function are proposed and integrated in the tool, allowing system resilience in case of faults. Through this approach, the evolution of the local stability of this system as well as its robustness with respect to its main parameters are quantified. Furthermore, the proposed control laws are experimentally validated on a small-scale test bench developed during this thesis
Stratégies de gestion d’énergie appliqués aux microréseaux résidentiels orientés afin de fournir des services de flexibilité
No full textLe développement des énergies renouvelables, de la consommation résidentielle ainsi que les politiques liées à la transition énergétique réclament de nouvelles techniques de gestion de l’énergie afin de gérer les problèmes d’incertitudes et de fournir des services réseaux compétitifs. Cette thèse se focalise sur des services de flexibilité appliqués au micro réseaux résidentiels. Le dimensionnement (mono/multiobjectif) optimise la production solaire et la taille de la batterie en tenant compte du coût, du confort utilisateur, de la pénétration des énergies renouvelables et de la réglementation. L’approche de gestion n°1 compare des fenêtres de 24 et 48h pour l’arbitrage d’énergie et évalue les possibilités supplémentaires de celle de 48h. L’approche n°2 se focalise sur le respect des injections d’énergie sur le réseau au sein d’un contrat de marché avec un agrégateur. Un nouveau modèle auto régressif de prévision d’ensoleillement à court terme adapté aux conditions péninsulaires est proposé puis comparé au modèle de référence. Les résultats du dimensionnement montrent que la méthode proposée génère des économies substantielles pour les ménages. Néanmoins, le prix des batteries rend actuellement l’îlotage non viable économiquement. Les stratégies de gestion proposées sont également plus profitables que leurs références respectives. Les stratégies présentées permettent un fonctionnement compétitif et capable d’atténuer les déséquilibres entre l’offre et la demande. L’association de l’énergie renouvelable et des capacités des micro réseaux pour les citoyens est une excellente opportunité d’obtenir une énergie plus propre, plus fiable et abordable.The rising share of renewable sources, residential consumers as well as novel energy transition policies call for new energy management strategies to deal with renewable energy sources uncertainty issues and to provide cost-competitive flexibility services. This thesis focuses on flexibility related usecases applied to residential microgrids. Presented sizing approach uses both mono and multiobjective particle swarm optimization to optimize both solar generation and storage taking into account cost competitiveness, user comfort and renewable energy penetration while respecting local regulations. First energy management approach compares 24 and 48h time-horizons for energy arbitrage and assess extended possibilities provided by a wider horizon. Second energy arbitrage approach focuses on energy injection accuracy in a bid-based market context. A novel auto-regressive short term solar irradiation forecast method suitable for peninsular weather is proposed and compared with a reference method. Regarding the sizing optimization, results showed that proposed optimization can generate bill savings for households. Nevertheless, due to current storage cost, off-grid operation is still an unreliable option regarding cost-competitiveness. Both presented energy management strategies showed profitability gains compared to their respective reference. To conclude, strategies showed costcompetitive operation and ability to mitigate supply and demand imbalances. Association of renewable energy and microgrids abilities for communities is an excellent opportunity for cleaner, more reliable and cheaper energy
Grey Wolf Optimizer-Based Predictive Torque Control for Electric Buses Applications
No full textInternational audienceThis paper proposes an improved Predictive Torque Control (PTC) of a PMSM based on the Grey Wolf Optimizer (GWO) for smooth torque operation in Electric Bus applications (EBs). The embedded GWO is used to resolve the torque tracking tasks with minimal oscillations in running at the low speed of PMSM drives. The new PTC algorithm can successfully ensure the smooth time evolution of the torque and the speed. The design methodology is detailed and the provided experimental results show that the proposed PTC-GWO can be implemented in real-time on embedded hardware, offering high effectiveness in both steady and transient states of the PMSM drives, even at low-speed range
Hybridization of electrical energy storage for intelligent integration of photovoltaics in electric networks
No full textInternational audienc
A Resilient Control for Distributed Energy Storage Units in an Islanded AC Microgrid
No full textInternational audienc
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