Contribution to the study of the distributed systems PV/Storage. Impact of their integration into the fragile distribution network.
Contribution à l'étude des système Photovoltaïque/Stockage distribués. Impact de leur intégration à un réseau fragile
Résumé
This thesis presents the integration of the distributed energy sources (PV/Storage) connected to the electric power distribution network. The main question here is: "how to integrate and exploit these sources in order to strengthen a fragile distribution network?". To respond to this question, we started by modeling of the distribution network (domestic consumption model and low-voltage distribution network model) and a hybrid system (solar cell model, lead-acid battery model and converters models) while taking into account the losses. Concerning the PV/Storage system, a new approach of MPPT (Maximum Power Point Tracking) is developed based on the average current passing through the diode.
We also studied the three-phase imbalance by using a three-phase inverter (also called three-phase corrector). An approach of the corrector sizing is proposed based on the indirect current of three current-loads.
To study the power transfer between the distributed energy sources and the network, first of all, we proposed a new strategy to optimize the energy generated from the PV + chopper + ideal battery system into the electric network. An inverter is studied in order to transfer power (in terms of active and reactive power) between an active generator and the electric network.
Secondly, optimization approaches for sizing and placing distributed generators in the electric network are presented. For a fixed sizing of the PV/Storage system (the area of photovoltaic, the capacity of battery and the nominal currents of converters) as well as Storage/Inverter system, the energy flow management strategies are carried out by respecting the constraints of the network as well as the state of charge of battery. We also considered the injection from the PV/Storage system into only one node as well as into two nodes simultaneously.
Finally, the optimal sizing of the PV/Storage system as well as the Storage/Inverter system are studied based on the investment cost of each component of these systems. This approach takes into account the energy flow management strategies.
Les travaux présentés dans cette thèse introduisent des systèmes PV/Stockage couplés au réseau de distribution. La question principale qui se pose dans cette thèse : "Comment intégrer et exploiter un tel système de production d’électricité décentralisés pour renforcer un réseau de distribution fragile ?". Afin de répondre à cette question, dans un premier temps, la modélisation du réseau de distribution (modèle du réseau et modèle de consommation domestique) et du système hybride (modèle du panneau PV, modèle de la batterie au plomb et modèle des convertisseurs) est étudiée en prenant en compte les pertes. Pour le système PV/Stockage, une nouvelle approche de MPPT (Maximum Power Point Tracking en anglais) est développée en considérant le courant moyen passant dans la diode du hacheur.
Par ailleurs, une étude du problème de déséquilibre triphasé est menée en utilisant un onduleur triphasé. Egalement, une approche du dimensionnement de l’onduleur a été proposée en se basant sur le courant indirect des trois courants des charges.
Pour l’échange de l’énergie entre ces ressources renouvelables et le réseau, tout d’abord, nous avons proposé une nouvelle stratégie pour récupérer l’énergie optimale du système PV + hacheur + batterie idéale. Nous avons ensuite étudié l’échange énergétique (en termes de puissance active et réactive) entre d’un générateur actif et le réseau en utilisant un onduleur.
Dan un second temps, nous avons tenté de répondre à la question de l’optimisation de l’injection des sources renouvelables (en termes de capacité et de localisation) dans un réseau de distribution. Pour un dimensionnement fixe du système PV/Stockage (surface de PV, capacité de la batterie et courants de calibre des convertisseurs) ainsi que celui de Stockage/Onduleur sans PV, la gestion optimale de l’énergie de ce système est présentée en respectant les contraintes du réseau ainsi que l’état de charge de la batterie. Nous avons également considéré l’injection de la production du système PV/Stockage dans un seul nœud et deux nœuds à la fois.
Finalement, le dimensionnement optimal du système PV/Stockage ainsi que celui de Stockage/Onduleur a été étudié en se basant sur le coût des composants de ces systèmes. Cette étude est aussi intégrée la stratégie optimale de l’énergie précédente.