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Power management and control stategies of renewable energy resources for micro-grid application

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Fadoul, Souleyman Tidjani (2017). Power management and control stategies of renewable energy resources for micro-grid application. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Microgrids (MGs) have become an increasingly familiar power sector feature in recent years and goes through the increase of renewable energies penetration. MG is defined as a group of interconnected loads and multiple distributed generators that is able to operate in grid-connected or islanding mode. Recent reports claim dramatic growth in projects planned for hundreds of GWs worldwide. Notably, following to many natural disasters, the concept of MG and its perceived benefits shifted beyond economic and environmental goals towards resilience. Consequently, MGs have begun to find a natural place in the regulatory and policy arena. Remote areas, facilities with low-quality local energy resources and critical infrastructure are all potential need the MGs solution. However, MGs have some disadvantages as the complexity of control and integration to keep the power quality to acceptable standards. The energy storage system requires more space and maintenance. Finally, protection is one of the important challenges facing the implementation of MGs.

The present doctoral research is based on the philosophy of MGs for optimal integration and power management in an effective and efficient way to provide a sustainable and reliable power supply to consumers while reducing the overall cost.

This work proposes a novel control strategies and design approaches of micro-grids for remote areas and grid connected system in which both the reliability of continuous power supply and power quality issues are treated.

Moreover, this thesis also introduces the concept of Net Zero Energy House in which the system is designed in such a way that the house produces as much energy as it consumes over the year. Many controls algorithms have been investigated in order to find the best way to reduce the sensors’ number and the degree of control complexity while keeping better power quality as well as the system reliability. The developed concept is successfully validated through simulation as well as extensive experimental investigations. Particular attention is paid to the optimal integration of MGs based on the climate data of Central African States.

Titre traduit

Gestion de l'écoulement de puissance et stratégie de contrôle des énergies renouvelables dédiées aux micro-réseaux

Résumé traduit

Les micro-réseaux (MR) ont gagnés une importance dans le secteur de la production d’électricité ces dernières années et subissent une augmentation remarquable de la pénétration des énergies renouvelables. Les MR sont définis comme étant un groupe de charges interconnectées et de multiples générateurs de distribution qui peuvent fonctionner en mode îlot ou connectés au réseau électrique. Des rapports récents prétendent une croissance spectaculaire des projets des MR évalués pour des centaines de GW dans le monde. Notamment, suite à de nombreuses catastrophes naturelles, le concept de MR ainsi que leurs impacts positifs a dépassé les objectifs économiques et environnementaux vers la résilience. Les MR ont donc commencé à gagner du terrain dans l'arène réglementaire et les décisions politiques. Les zones éloignées, les installations dotées de ressources énergétiques locales de mauvaise qualité et les infrastructures essentielles nécessitent toute une solution inspirée des MR. Cependant, les MR ont des inconvénients, comme la complexité du contrôle et l'intégration des différentes sources d’énergies permettant de garantir une qualité d'énergie propre respectant la norme standard. En plus, le système de stockage d'énergie nécessite plus d'espace et de maintenance. Enfin, la protection est l'un des défis importants auxquels fait face l’implémentation des MR.

Le présent travail de doctorat repose sur la philosophie de micro-réseau pour une intégration et une gestion optimales des sources d'énergie renouvelables de manière efficace pour garantir une alimentation continue tant pour les zones éloignées que pour les clients connectés au réseau public. Ce travail étudie une nouvelle approche du micro-réseau pour un fonctionnement en deux modes: 1) en mode îlot sans interruption surtout pour les régions isolées; 2) en mode connexion au réseau électrique avec l’option de fonctionner en mode îlot en cas de défaut. Des algorithmes de contrôle ont été développés pour une gestion optimale de l’énergie et pour assurer une protection avancée des installations lors d’une perturbation du réseau électrique, en isolant automatiquement le MR et lui permettant de travailler en mode îlot pour alimenter la charge. Plusieurs autres stratégies de contrôle sont également proposées dans cette thèse traitant l'utilisation de la technique d'amortissement actif et le décalage de fréquence pour réduire le dimensionnement du convertisseur utilisé. En plus, le concept de maison à bilan énergétique nulle dans lequel le système est conçu de telle sorte que la maison produit autant d'énergie qu'elle en consomme au cours de l’année n’a été aussi abordé. Une étude approfondie est menée afin de trouver la meilleure combinaison d’algorithmes pour réduire le nombre de capteurs et le degré de complexité de contrôle dans le système tout en maintenant une meilleure qualité d'énergie ainsi que la fiabilité du système.

Une attention particulière a été accordée à la l'intégration optimale des MR en se basant sur les données climatiques des États de l'Afrique Centrale. Les concepts développés ont été validés avec succès par simulation numérique ainsi que par des tests expérimentaux approfondis.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements fot the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 174-186.
Mots-clés libres: micro-réseau, qualité de l'énergie, gestion de l'énergie, filtre active de puissance, compensation de la puissance réactive, compensation des harmoniques, groupe électrogène à gaz, distributeur d'énergie (DER), source d'énergie renouvelable (RES), véhicule électrique, maison à consommation énergétique nulle
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chandra, Ambrish
Codirecteur:
Codirecteur
Pillay, Paragasen
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 17 juin 2019 20:44
Dernière modification: 17 juin 2019 20:44
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2325

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