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Unbalanced power systems resolution including power and frequency regulation

Aubert, Samuel (2016). Unbalanced power systems resolution including power and frequency regulation. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Power flow analyses constitute an effective tool in determining the steady state solution of power systems. Hence they play a fundamental role in the investigation and design of such systems. The present work revisits a distributed slack bus model, adapts it to the resolution of three-phase (unbalanced) power systems by Newton’s method, and implements it in a computer program. The model takes into consideration economic power transactions between areas of a network, as well as the variation in network frequency resulting from load versus generated power perturbations and ensuing control operations. As an initial investigation, a single slack bus model that assumes a constant frequency is also described and implemented. Various component admittance matrices are derived explicitly. Single-phase components are also implemented in order to facilitate the treatment of unbalanced loads, and to permit the study of systems that comprise both transmission and distribution elements. In addition, the voltages at specified buses can be regulated through the operation of tap changers installed on threephase and single-phase transformers. The implementation code is discussed in detail. High computation speeds could be reached by devising several array-based procedures, among other measures. A number of numerical examples are presented, among which is a large network containing 3000 three-phase buses (9000 nodes). As it should, in every case the imposed conditions are met, and the balance in power is respected at every bus.

Titre traduit

Résolution de réseaux électriques déséquilibrés comprenant la régulation de puissance et de fréquence.

Résumé traduit

L’analyse par écoulement de puissance constitue une approche efficace de résolution de systèmes de réseaux électriques en régime permanent. Elle joue un rôle fondamental dans les études et la conception de tels systèmes. Ce travail revisite un modèle de barre d’équilibre distribuée, l’adapte à la résolution de réseaux triphasés (déséquilibrés) par la méthode de Newton et finalement l’implémente dans un programme informatique. Le modèle tient compte de transactions économiques effectuées entre des réseaux interconnectés et de la variation de fréquence occasionnée par des perturbations de charge et de puissance générée. À titre d’étude préliminaire, un modèle de barre d’équilibre unique considérant la fréquence comme étant fixe est également décrit et implémenté. Plusieurs matrices d’admittance de composants de réseaux électriques sont développées à des fins de polyvalence. Des composants monophasés sont aussi mis en place de façon à faciliter le traitement de charges déséquilibrées et à permettre l’analyse de systèmes de transmission et de distribution électrique. Par ailleurs, la régulation de tension au moyen de transformateurs triphasés et monophasés à changement de prise est aussi possible. Le fonctionnement et la logique du programme informatique sont expliqués en détail. Grâce à des procédures vectorielles, entre autres mesures, une grande vitesse de calcul fut réalisée. Plusieurs exemples numériques sont présentés, parmi lesquels figure celui d’un grand réseau de 3000 barres triphasées (9000 noeuds). Comme il se doit, dans chacun des cas les conditions imposées sont remplies et le bilan des puissances est respecté à chacune des barres.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science". Bibliographie : pages 153-154.
Mots-clés libres: Réseaux électriques (Énergie) Régulation. Réseaux électriques (Énergie) Répartition des charges. Barres omnibus. Électricité Production Génération répartie. Charge et distribution électriques. Méthode de Newton. écoulement de puissance triphasé, charge déséquilibrée, génération de puissance distribuée, régulation de puissance, régulation de fréquence, Newton-Raphson
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lagacé, Pierre-Jean
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Maarouf, Saad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 21 déc. 2016 16:25
Dernière modification: 21 déc. 2016 16:25
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1779

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