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Contribution à l'amélioration des politiques d'opération des turbines hydrauliques

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Bigeon, Emmanuel (2019). Contribution à l'amélioration des politiques d'opération des turbines hydrauliques. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le cadre de la production hydro-électrique, l’opération et la maintenance sont deux domaines dans lesquels est menée une recherche active afin d’en réduire les coûts. Ces deux domaines sont modélisés à des horizons de temps très différents : l’opération se prévoit sur quelques dizaines d’heures et la maintenance sur plusieurs années. Cette différence d’échelle mène les recherches sur l’opération et sur la maintenance à être effectuées séparément. Cependant, plusieurs études récentes indiquent que la précision du modèle opérationnel a une grande influence sur l’optimalité du plan de maintenance.

À cause des aléas de la demande, il est difficile de programmer l’opération avec précision longuement à l’avance, on propose donc dans cette thèse d’aborder le problème dans l’autre sens et de tenter d’adapter la politique d’opération à un plan de maintenance prédéfini. La modélisation de l’opération forme un système complexe dont la résolution exacte repose sur un modèle combinatoire. Cette planification sur un long horizon est donc inenvisageable. Afin de garder le réalisme de la modélisation du système, tout en conservant des temps de résolution acceptables, on propose un simulateur de l’opération d’un parc hydro-électrique, avec un pas d’une heure, sur une durée arbitraire. Comme dans la réalité, il est possible de donner de nouvelles directives d’opération chaque jour et l’opération du jour est planifiée sans connaissance a priori des informations d’hydrologie, de disponibilité ou de structure du réseau des jours suivants.

On propose aussi de nouvelles définitions de mesures afin de, i) valider la pertinence de notre simulation vis-à-vis de la réalité ; ainsi que, ii) quantifier l’impact des décisions opérationnelles sur les phénomènes de dégradation des turbines.

Dans un premier temps, on s’intéresse à la sensibilité à long terme de notre système vis-à-vis des questions de production. Une fois validé que nos choix n’ont pas de conséquences néfastes et critiques, on propose d’étudier la marge de manoeuvre du système vis-à-vis de sa dégradation, particulièrement la possibilité de cibler certaines unités et d’en ralentir ou accélérer la dégradation, indépendamment ou en groupe. Enfin, on propose une extension de cette approche afin d’adapter l’opération au cours du temps afin d’obtenir des niveaux de dégradation à des dates convenues.

Titre traduit

Contribution to the operating policy for hydroelectric turbines

Résumé traduit

In the domain of hydroelectric production, operation and maintenance are two aspects on which an active research is carried out in order to reduce costs. The two aspects are modelled on very different horizons: the operation is planned over hours while the maintenance is planned over years. This difference in scale led to the separation of the research on operation and on maintenance. However, several recent studies pointed out that the precision of the operation model as a great influence on the optimality of the maintenance plan.

Due to the uncertainty in the demand, it is hard to plan the operation with precision for a long horizon. Thus, we propose in this thesis to handle this problem from the other side and to adapt the operation policy to the predefined maintenance plan. The actual representation of the operation relies on a complex system for which the optimal resolution relies on combinatorial optimization. Therefore, the optimal resolution on a long horizon is inaccessible.

In order to still have the realism of the representation of the operation, we propose a simulator for the operation of a hydro-electric grid, with an interval of the hour, over an arbitrary length of time. As it is in reality, we can change our operating policy on each day, and the resolution of the day is done without prior knowledge over the following days.

We also introduce the definitions for new measures to i) validate the suitability of our simulation relatively to reality and ii) quantify the influence of our operational decisions over the progression of the degradations of the turbines.

In a first step, we investigate the long-term sensitivity of our system concerning the production capabilities. Once the absence of noticeable detrimental consequences has been ascertained, we propose to examine the margin for the progression of the degradations, specifically the ability to accelerate or delay the degradation of selected units independently and cohesively. Finally, we expose an extension of this approach to adapt operation on-line to obtain given degradation levels at specified instants.

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". Comprend des références bibliographiques (pages 113-116).
Mots-clés libres: opération, maintenance, système complexe, simulation, génération hydroélectrique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Tahan, Antoine
Codirecteur:
Codirecteur
Gamache, Michel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 24 févr. 2020 16:19
Dernière modification: 24 févr. 2020 16:19
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2456

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