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Coordination des régulateurs conventionnels des machines synchrones et des compensateurs statiques (SVCS)

Zabaiou, Tarik (2010). Coordination des régulateurs conventionnels des machines synchrones et des compensateurs statiques (SVCS). Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse propose une nouvelle structure de commande basée sur les mesures à la grandeur du réseau électrique pour coordonner les actions des contrôleurs des excitations des générateurs synchrones et des compensateurs statiques (SVCs). Tout d'abord, un modèle d'état linéaire d'un réseau multi machines qui comporte des SVCs est élaboré. Ce modèle possède plusieurs caractéristiques spécifiques. Il permet de bien distinguer les interactions entre les générateurs et le compensateur statique et de quantifier les interactions intergénérateurs. Les tensions terminales sont utilisées comme variables d'état au lieu des tensions internes transitoires qui sont difficiles à accéder en pratique. L'avantage du modèle proposé est que les variables d'état sont facilement mesurables. De plus, c'est une approche de modélisation hiérarchique et appropriée pour appliquer la commande basée sur les mesures à la grandeur du réseau (mesures globales).

Ensuite, les mesures globales sont utilisées pour concevoir des signaux de coordination pour les excitations des générateurs et le SVC. Le contrôleur de coordination permet de découpler les dynamiques du système en éliminant les interactions entre les différents composants. L'efficacité de la nouvelle stratégie de contrôle est évaluée sur un réseau test à (4) machines et (9) barres communément appelé réseau d'Anderson et Farmer. Les résultats de simulation démontrent que les oscillations locales et interzones sont bien amorties en présence du contrôleur global.

En outre, la théorie du gain relatif (RGA) est utilisée pour l'analyse des interactions et la sélection des signaux globaux de coordination. Seulement les signaux qui contribuent aux interactions les plus fortes sont utilisés par le contrôleur pour réduire ou éliminer les interactions. Le deuxième contrôleur basé sur les signaux sélectionnés est comparé au premier contrôleur avec tous les signaux. Les résultats montrent que les performances des deux contrôleurs sont similaires. Ils permettent d'atténuer d'une façon efficace les oscillations de puissance basse fréquence et d'augmenter le transit de puissance dans le système.

Les effets des délais de communication sont pris en considération dans cette étude. Le contrôleur proposé offre de bonnes performances en présence des délais réalistes. Cependant 1' existence de larges délais de mesure et de commande affectent considérablement la performance de la coordination. L'approche de prédiction de Smith est utilisée pour préserver la performance du contrôleur en présence des délais. Les résultats de simulation attestent que l'impact de larges délais est éliminé par la méthode de la prédiction de Smith. Le contrôleur de coordination proposé est simple et facile à implanter puisque il exige seulement une mesure de chaque générateur et du SVC comme signaux d'entrée et le contrôleur fourni un signal de commande pour le SVC et pour chacun des générateurs. Il pourrait être rentable d'utiliser le contrôleur proposé plutôt que d'installer de nouveaux dispositifs FACTS.

Résumé traduit

This thesis proposes a new control design method based on wide-area measurements to coordinate generator excitations and Static Var Compensator (SVC) auxiliary controls. A state space model of a multimachine power system that includes a SVC is first derived. This model has several specific characteristics. The interactions between SVC and generator variables are clearly shown and the interactions among the generators are also quantified. Generators terminal voltages are used as state variables instead of internal field voltages and damper winding flux linkages. The benefit is that the proposed model state variables are easily measurable. Moreover, it is a hierarchical approach and suitable for wide-area control design in large power systems. Next, remote measurements are used to generate coordinating signals for the generator excitations and the SVC. The coordinating controller decouples the system dynamics by compensating the interaction terms. The effectiveness of the new control strategy is tested on Anderson and Farmer four-generator nine-bus power system. Simulation results demonstrate that both local and inter-area oscillations are well damped when the global controller is used.

Furthermore, Relative Gain Array (RGA) theory is proposed to evaluate the interactions and to select the input global signals for the coordinate controller. Only signals that contribute to the strongest interactions are used by the controller to considerably reduce or eliminate the interactions between the system components. The second controller with a reduced set of measurements is compared to the first controller with full measurements. Results show that performances of both controllers are very similar. They provide significant additional damping for power oscillations and increase the power transfer in the system.

Communication time delay effects are also considered in this study. The simulation results show that coordinating controller performances are excellent when realistic transmission delays are represented. However, in presence of large measurement and control delays the performance of the controller is considerably affected. A Smith predictor is proposed to recover the delay free performances. The simulation results prove that impacts of large communication time delays are efficiently compensated using the Smith prediction method.

The proposed wide-area coordinating controller is simple and easy to implement since it requires only one measurement from each generator and the SVC as inputs and the controller provides one control signal for the SVC and each of the generators. It could be cost effective to use the proposed controller rather than the installation of new FACTS devices. Reproduced with permission of the copyright owner. Further reproduction prohibited without permission.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr : f. [125]-134.
Mots-clés libres: Commande électrique. Machines synchrones. compensateur, conventionnel, facts, interzone, oscillation, puissance, régulateur, statique, SVC, SVCS, système
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Okou, Aimé Francis
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 15 avr. 2013 14:52
Dernière modification: 15 févr. 2017 01:17
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1149

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