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L'étude de la gestion d'énergie dans les systèmes résidentiels raccordés aux réseaux autonomes dans le Nord québécois

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Laraki, Mohamed-Hamza (2019). L'étude de la gestion d'énergie dans les systèmes résidentiels raccordés aux réseaux autonomes dans le Nord québécois. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Jusqu’aujourd’hui, la majorité des communautés isolées au Canada utilisent le générateur diesel, qui est une solution assez coûteuse et polluante, pour subvenir à leurs besoins en électricité. Malgré les inconvénients indéniables de cette solution, elle a été la plus utilisée pour plusieurs années compte tenu de sa fiabilité et de sa disponibilité. De nouvelles solutions ont été étudiées et proposées qui consistent à intégrer des sources d’énergies renouvelables (Éolien, solaire...) avec des générateurs diesel ce qui aurait un impact positif sur le coût de production de l’électricité ainsi que le taux d’émission des gaz à effet de serre. En revanche, ces solutions présentent plusieurs défis de point de vue, conception, contrôle et gestion efficace de l’énergie.

Dans cette optique, le système étudié dans ce travail se compose d’un générateur diesel, une éolienne, une batterie et un système de stockage d’énergie sous forme d’hydrogène se composant d’une pile à combustible, d’un électrolyseur et d’un réservoir d’hydrogène. Un contrôle centralisé a été utilisé dans ce travail pour optimiser au maximum la gestion de l’énergie tout en assurant une régulation de la tension et de la fréquence. Une nouvelle stratégie de contrôle centralisé de l’énergie basée sur la programmation dynamique a été proposée pour cette topologie. La stratégie proposée a pour but principal de prolonger la durée de vie de la batterie tout en réduisant l’utilisation du générateur diesel. Les consignes de références des puissances sont ensuite envoyées aux contrôleurs locaux du générateur diesel, du convertisseur élévateur de la pile à combustible et du convertisseur abaisseur de l’électrolyseur pour extraire la puissance optimale. L’extraction de la puissance maximale de l’éolienne à vitesse variable est assurée par la méthode MPPT. Le convertisseur hacheur-élévateur associé à la batterie assure quant à lui la régulation du bus CC. Un nouveau contrôle a été proposé pour l’onduleur du système en se basant sur le contrôle par mode de glissement avec estimation par temps de retard. Ce contrôle se distingue par sa capacité à contrôler le système même avec la présence des incertitudes ou des imprécisions dans les paramètres du système permettant ainsi le fonctionnement du système sous plusieurs points de fonctionnement. La performance du système proposé a été testée et validée en utilisant MATLAB/SIMULINK.

Titre traduit

Study of energy management in residential systems connected to autonomous networks in the north of Quebec

Résumé traduit

Until today, the majority of isolated communities in Canada use diesel generators, which is a fairly expensive and polluting solution, to meet their electricity needs. Despite its undeniable disadvantages, this solution has been the most used for several years given its reliability and availability. New solution have been studied and proposed that consist of integrating renewable energy sources (wind, solar, ...) with diesel generators which would have a positive impact on the cost of electricity production and the rate of emission of greenhouse gases. However, this solution presents several challenges in terms of design as well as the control and efficient management of energy. In this context, the system studied in this work consists of a diesel generator, a wind turbine, a battery and a hydrogen energy storage system consisting of a fuel cell, an electrolyser and a hydrogen tank. Centralized control has been used in this work to achieve optimal energy management while controlling the voltage and frequency of the system. A new centralized energy control strategy based on dynamic programming has been proposed for the system. The main purpose of this strategy is to extend the battery life of the system while reducing the use of diesel in the system. The power references are then sent to the local controllers of the diesel generator, the fuel cell Boost converter and the electrolyser Buck converter for the extraction of the power. Extraction of the maximum power of the variable speed wind turbine is ensured through a MPPT method allowing maximum penetration of the wind turbine into the system. The Buck-Boost converter associated with the battery ensures regulation of the DC bus. A new control has been proposed for the inverter of the system based on the control by sliding mode with time delay estimation, control is distinguished by its capacity to control the system even with the presence of the uncertainties in the parameters of the system thus allowing the operation of the system under several operating points. The performance of the proposed system has been tested and validated using MATLAB / SIMULINK.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie, énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 93-96).
Mots-clés libres: énergies renouvelables, réseau autonome, contrôle centralisé, contrôle par mode de glissement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Chandra, Ambrish
Codirecteur:
Codirecteur
Agbossou, Kodjo
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 19 nov. 2019 19:43
Dernière modification: 19 nov. 2019 19:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2402

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