Amélioration du contrôle topologique de type « Optimal Transmission Switching » en vue d’une utilisation en contexte hydro-électrique à échelle réelle

Bélanger, Jacky (2020). Amélioration du contrôle topologique de type « Optimal Transmission Switching » en vue d’une utilisation en contexte hydro-électrique à échelle réelle. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse présente une version étendue de l’algorithme « Optimal Transmission Switching » (OTS) ainsi que des heuristiques lui permettant d’être utilisée sur des réseaux de moyenne envergure.

Il est démontré dans un premier temps que l’OTS de la littérature a tendance à fragiliser le réseau en termes de stabilité de tension lorsque plusieurs lignes sont ouvertes. Il est aussi montré qu’il existe plusieurs topologies permettant d’améliorer le réseau du point de vue du critère d’optimisation sans le fragiliser, ce qui rend possible l’ajout de contraintes sur la chargeabilité à la formulation de l’OTS. Les résultats montrent qu’un OTS possédant de telles contraintes assure une stabilité de tension minimale au réseau tout en offrant de bonnes performances au niveau des variables à minimiser.

Pour rendre l’OTS utilisable dans un contexte hydro-électrique, un critère d’optimisation formé de la somme pondérée de trois termes associés aux coûts d’exploitation, aux pertes réseaux, et à la stabilité de tension respectivement est proposé. Il est ainsi démontré que l’OTS peut non seulement être utilisé pour minimiser les coûts d’exploitation d’un réseau, mais aussi pour minimiser ses pertes, pour maximiser sa chargeabilité, ou encore une combinaison de ces trois variables.

La formulation est ensuite modifiée de nouveau pour ajouter le contrôle de l’état de compensations shunts et séries du réseau ainsi que celui des transformateurs variables au vecteur de commande, qui comprenait jusque-là la production de puissances active et réactive ainsi que l’état des lignes. Les résultats montrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent d’identifier des topologies avantageuses dans des situations où un OTS limité au contrôle des lignes n’est pas en mesure de le faire.

Des heuristiques sont ensuite développés de manière à accélérer l’identification d’une topologie avantageuse et ainsi permettre l’utilisation de l’OTS étendu proposé sur des réseaux plus imposants. Les paramètres des heuristiques permettent d’influencer le compromis performances - temps de résolution et sont conçus pour être parallélisables. De cette manière, l’ampleur maximale du réseau sur lequel l’OTS étendu peut être utilisé dépend donc des performances souhaitées ainsi que du nombre de cœurs ou de processeurs utilisés. Les tests effectués à l’aide d’un ordinateur 28 cœurs montrent que les heuristiques proposées permettent d’identifier des topologies dans un délai inférieur à 40 minutes sur le réseau PEGASE de 1354 barres et 1991 lignes, ainsi que sur un modèle du réseau polonais en pointe hivernale de 2383 barres & 2896 lignes.

Résumé traduit

This thesis presents an extended version of the Optimal Transmission Switching (OTS) algorithm along with heuristics allowing it to be used on medium-sized networks.

It is first shown that the OTS of the literature tends to weaken the network in terms of voltage stability when several lines are opened. However, it is also shown that there are several topologies that improve the network from an optimization perspective without weakening it, which makes the usage of loadability constraints in the problem formulation possible. Results show that an OTS with such constraints ensures minimum voltage stability while offering good performance in terms of minimization.

Then, to make the OTS appropriate in a hydroelectric context, an optimization criterion formed by the weighted sum of operating costs, network losses, and voltage stability is proposed. It is thus shown that the OTS may be used to minimize losses or to maximize loadability as well as to minimize operating costs.

Another modification to the problem formulation is then proposed to add control of shunts and series compensations of the network as well as the tap position of variable transformers in the control vector. Results show that these new degrees of freedom allow the algorithm to identify good topologies in situations where classic OTS limited to line state control is unable to do so.

Finally, heuristics are developed in order to accelerate the identification of an advantageous topology and thus allow the proposed extended OTS to be used on larger networks. These heuristics are parallelizable and have parameters in order to adjust the performance-resolution time compromise. Consequently, the maximum size of the network on which E-OTS may be used is dictated by the number of available CPU cores. Tests performed with a 28 cores system show that the proposed heuristics identify an improving topology on less than 40 minutes on the PEGASE network (1354 bus & 1991 lines), as well as on the winter peak Polish network (2383 bus & 2896 lines).

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 électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 282-287).
Mots-clés libres:	contrôle topologique, programmation non linéaire avec variables entières, modélisation de réseaux électriques, flux de puissance optimaux successifs, stabilité de tension, planification des opérations
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Dessaint, Louis-A.
Codirecteur:	Codirecteur Kamwa, Innocent
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	11 févr. 2025 20:41
Dernière modification:	11 févr. 2025 20:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2619

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