Les applications pratiques de l’algorithme PSO révèlent des solutions innovantes pour optimiser la fiabilité des smart grids. Cette recherche démontre comment un placement stratégique des productions décentralisées peut transformer la gestion énergétique, réduisant ainsi les pertes et améliorant la stabilité des réseaux.
Consommation à j-1
Consommation réalisée
Consommation à j
Figure 1.5: La consommation et la prévision en « J-1 » en France le 03/11/2020 [10]
Nouveau paradigme du réseau électrique
Généralités sur les productions décentralisées
L’agence internationale de l’énergie (AIE) estime qu’une production décentralisée est une unité de production qui est située et connectée du côté de la distribution du réseau [11].
L’institut de recherche sur l’énergie électrique (EPRI) adopte une définition des productions décentralisées en tant que petites sources d’énergie pouvant être regroupées pour fournir de l’énergie nécessaire pour répondre à la demande régulière [12].
Les productions décentralisées peuvent être regroupées suivant leurs puissances [13] :
- Micro production décentralisée: < 5 KW;
- Petite production décentralisée: 5 KW-5 MW;
- Production décentralisée moyenne: 5 MW-50 MW;
- Grande production décentralisée: > 50 MW;
Selon l’auteur [14], les productions qui dépassent 300 MW ne sont pas considérées comme des productions décentralisées.
La production décentralisée comprend un grand groupe de sources d’énergie et de technologies selon le type de ressource pouvant être classé en énergies renouvelables et non renouvelables. Les productions décentralisées les plus courantes sont les sources d’énergie renouvelable dont les générateurs photovoltaïques et éoliens. Les sources d’énergie non renouvelables les plus connues sont les petits générateurs au fioul [15, 16, 17].
Le schéma historique basé sur une centralisation des moyens de production et un transit unidirectionnel du flux de puissances se transforme aujourd’hui sous l’effet de la libéralisation du secteur de l’électricité et de la volonté de développer des sources d’énergies renouvelables. L’organisation historique du système électrique (cf. figure 1.1) tend vers une architecture caractérisée par des unités de productions de petites puissances et plus décentralisées comme le montre la figure 1.6 [1, 16].
Figure 1.6: Nouvelle organisation du réseau électrique avec des productions décentralisées [1]
La libéralisation des marchés a amené à la séparation des activités de production, de transport et de distribution. Ainsi, les politiques incitent à la production et à la vente d’électricité d’origine renouvelable par la mise en place des tarifs de rachat garantis permettant ainsi de développer une nouvelle catégorie de producteurs d’électricité.
Des particuliers peuvent ainsi injecter leur production sur le réseau en bénéficiant d’un prix de revente attractif. Ces unités de production peuvent être des panneaux photovoltaïques de quelques kilowatts sur le toit d’une maison ou encore une ferme de quelques dizaines de kilowatts de panneaux solaires, d’éoliennes ou une mini-centrale de cogénération.
Ces nouveaux moyens de production décentralisée, de puissances unitaires faibles, sont raccordés aux réseaux de distribution où ils modifient la répartition des flux. On constate ainsi une circulation bidirectionnelle de l’énergie produite, qui peut remonter vers les postes de distribution et les postes sources.
L’intégration de cette énergie, dont certains moyens de production présentent un caractère intermittent, amène des complications dans la gestion des réseaux. La production décentralisée doit donc être intégrée après une planification approfondie pour éviter les impacts négatifs sur le réseau comme l’élévation de tension et les interférences avec les éléments de commande [1, 3].
Impacts de l’intégration d’une production décentralisée
L’injection de puissance sur un réseau de distribution BT peut causer une augmentation locale de la tension et du courant. L’organisation historique du système électrique montre que le réseau de distribution n’a pas été conçu pour y raccorder de la production.
La production de panneaux PV, sur les toits des maisons, injectée sur ce réseau, crée un flux de puissance inverse qui peut créer des contraintes difficilement gérables avec les modes d’exploitation actuels du réseau de distribution [2].
Ainsi, comme le décrit l’auteur [3], les lignes de transport ne sont plus nécessaires lorsque les unités de production décentralisée (DG) sont situées à proximité de la charge. Les avantages environnementaux sont plus importants lorsque des ressources renouvelables sont utilisées, permettant des avantages économiques et assurant l’approvisionnement en énergie de la région locale.
Les pertes sur un réseau de distribution dépendent principalement de deux facteurs : la résistance de conducteurs et la valeur du courant. Pour réduire la résistance dans les conducteurs, il est nécessaire d’investir dans la modernisation du réseau (nouveaux équipements et conducteurs modernes).
Il a été démontré que la bonne planification de la connexion des productions décentralisées à proximité des charges, peut réduire le niveau de courant dans les conducteurs, réduisant ainsi les pertes de puissance en améliorant le profil de tension.
En revanche, si la capacité de la production décentralisée est bien supérieure à la demande de la charge, les pertes de puissance ont tendance à augmenter [18, 19, 20].
L’injection de puissance produite par la production décentralisée modifie la circulation du flux de puissance dans le réseau, ce qui impacte positivement le profil de tension [2, 3].
Dans la structure verticale du système électrique présenté dans la figure 1.1, avec le fonctionnement normal, la tension décroit dans la distribution avec le raccordement en antenne. La figure 1.7 montre le profil de tension en per unit le long d’une ligne électrique classique.
Cette chute de tension peut être calculée avec la formule [1.1]
∆𝑽 = 𝑽𝟏
− 𝑽𝟐
= 𝑷.𝑹+𝑸.𝑿
𝑽𝟐
[1.1]
𝑅 𝑒𝑠𝑡 𝑙𝑎 𝑟é𝑠𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
⎛ 𝑋 𝑒𝑠𝑡 𝑙𝑎 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
⎪ 𝑃 𝑒𝑠𝑡 𝑙𝑎 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
⎨ 𝑄 𝑒𝑠𝑡 𝑙𝑎 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑒 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
⎪𝑉1 𝑒𝑡 𝑉2: 𝑠𝑜𝑛𝑡 𝑙𝑒𝑠 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑎𝑢𝑥 𝑑𝑒𝑢𝑥 𝑏𝑜𝑢𝑡 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
{ 𝛥𝑉 𝑒𝑠𝑡 𝑙𝑎 𝑐ℎ𝑢𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑎𝑛𝑠 𝑙𝑎 𝑙𝑖𝑔𝑛𝑒
V (p.u)
1.05
Limite de tension maximale
Limite de tension minimale
1
0.95
Source
Figure 1.7: Profil de tension le long d’une ligne classique [2]
Distance par rapport au poste source
Cependant sur la figure 1.8 on peut apercevoir qu’une intégration d’une production décentralisée PV permet d’avoir une bonne modification du profil de tension dans le réseau.
V (p.u)
1.05
Limite de tension maximale
Limite de tension minimale
1
0.95
Source
Point de connexion de la production décentralisée
Distance par rapport au poste source
Figure 1.8: Profil de tension avec l’installation d’une production décentralisée [2]
Questions Fréquemment Posées
Comment l’algorithme PSO améliore-t-il la fiabilité des smart grids ?
L’étude démontre comment l’algorithme PSO peut améliorer la stabilité des réseaux par un placement optimal des productions décentralisées.
Quelles sont les catégories de production décentralisée ?
Les productions décentralisées peuvent être regroupées en micro production (< 5 KW), petite production (5 KW-5 MW), production décentralisée moyenne (5 MW-50 MW) et grande production (> 50 MW).
Quels impacts l’intégration de la production décentralisée a-t-elle sur le réseau électrique ?
L’injection de puissance sur un réseau de distribution BT peut causer une augmentation locale de la tension et du courant, créant des contraintes difficilement gérables.