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Commande non linéaire adaptative des réseaux électriques multi-machines

Okou, Aimé Francis (2002). Commande non linéaire adaptative des réseaux électriques multi-machines. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Il est désormais indéniable que le réseau électrique est un système complexe, fortement non linéaire et multivariable. Cependant, sa stabilité et sa performance transitoire sont assurées par 3 compensateurs linéaires qui travaillent de façon indépendante et non coordonnée. Ceci entraîne nécessairement des compromis sur la performance et une stabilité qui n'est pas toujours garantie suite à une perturbation. L'objectif de cette thèse est de proposer une approche multivariable pour la conception de régulateurs non linéaires adaptatifs de tension et de vitesse qui sont plus adaptés à la nature du réseau électrique.

Pour atteindre cet objectif, nous proposons d'abord une approche de modélisation qui unifie les approches classiques. Le modèle obtenu est une équation dynamique multivariable où l'influence du réseau sur chaque générateur est une perturbation structurée. Cependant, ce modèle est à déphasage non minimal.

Une nouvelle méthode de synthèse adaptée aux systèmes non linéaires à déphasage non minimal est alors proposée. Elle consiste à appliquer la linéarisation entrée - sortie puis à stabiliser le système par une combinaison de commandes linéaire et non linéaire utilisant aussi bien les variables de la dynamique externe que celles de la dynamique interne. Cette nouvelle méthode de synthèse sert de base à la conception du régulateur décentralisé multivariable robuste de tension et de vitesse. Ce dernier atténue de façon efficace les oscillations inter zones. Une version adaptative du régulateur est proposée. Un processus d'adaptation met à jour les paramètres de ce dernier après une variation de la charge du réseau et renforce ainsi la robustesse du compensateur. Les résultats de simulation attestent de l'efficacité de la méthode de conception et de la validité de l'approche de modélisation.

Le réseau électrique étant un système de grande taille, une approche de conception globale où tous les compensateurs travaillent de façon plus coordonnée est une solution envisageable et intéressante mais un défi de taille.

Titre traduit

Adaptive nonlinear controller for multimachine power systems

Résumé anglais

A decentralized adaptive nonlinear multivariable speed and voltage controller is proposed to improve the stability and to dampen local and inter-area oscillations in multimachine power systems.

The power system is first modeled using a novel approach that unifies the classic single machine infinite bus and multimachine modeling approaches. We obtain a decentralized nonlinear time-varying fifth order multivariable system. The time-varying parameters represent the influence of the rest of the power system on each generator. The excitation and the hydraulic turbine servomotor reference signal are the input variables. The terminal voltage d-q frame components, the rotor speed, the turbine flow rate and the gate opening are the new model's state variables.

A straightforward application of the input output linearization design technique leads to an unstable closed loop system because of the non-minimum phase property of the system. A novel design method for nonlinear non-minimum phase systems is then proposed. The technique consists of applying the input-output linearization procedure first and stabilizing the closed loop system using a nonlinear auxiliary control law of internal and external state variables. The novel technique is used to design a robust decentralized voltage and speed regulator. The gains of the controller's linear part are obtained by solving an algebraic Riccati equation. lt considerably attenuates inter-area and local oscillations. lntegrators are then introduced in the control law to improve the robustness of the controller. The effectiveness of our design procedure is tested on a four machines two-area power system. The simulation results assess the performance of the new controller compared to the standard power system regulator with PSS (power system stabilizer). An adaptive version of the controller is proposed to improve the robustness property. The parameters of the controller are updated after a load variation. The design of the new regulator is based on the adaptive version of our nonlinear control method for non-minimum phase systems. The adaptive voltage and speed regulator is also tested on the four machines power system. The results prove the effectiveness of the novel modeling approach and design procedure.

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.: p. [151]-154.
Mots-clés libres: Adaptatif, Approche, Commande, Electrique, Lineaire, Machine, Multi-Machine, Multivariable, Non, Non-Lineaire, Regulateur, Reseau, Tension, Vitesse
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Akhrif, Ouassima
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 13 mai 2011 17:31
Dernière modification: 14 oct. 2016 19:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/800

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