FR2658930A1 - Optimisation de la distribution de puissance reactive dans un reseau d'electricite industriel. - Google Patents

Abstract

Système et procédé pour optimiser les coûts associés à la génération et au débit de puissance réactive dans une installation industrielle connectée de façon à recevoir de l'énergie à partir d'une source d'énergie électrique et comportant une pluralité de machines tournantes électromécaniques et de charges électriques connectées dans un réseau, par la création d'un modèle du réseau pour délivrer une indication de la puissance réactive, pour délivrer une indication des coûts, et pour délivrer des jeux de représentations de valeurs altérées de puissance réactive, par la détermination de l'indication de coût la plus basse, et par la délivrance d'une indication de la commande à réaliser sur chaque machine afin de produire ou d'absorber une quantité de puissance réactive désirée.

Description

OPTIMISATION DE LA DISTRIBUTION DE PUISSANCE REACTIVE DANS

UN RESEAU D'ELECTRICITE INDUSTRIEL

La présente invention concerne le contrôle de réseaux électriques industriels du type comprenant une pluralité de générateurs et un ou plusieurs moteurs, et connectés de façon à recevoir de l'énergie additionnelle à

partir d'une source d'énergie.

Dans ces systèmes industriels de ce type, la pratique générale est d'ajuster la puissance réelle produite par chaque générateur afin d'optimiser les demandes de génération de puissance réelle du système La puissance réactive devant être produite par chaque générateur et par chaque moteur est déterminée individuellement pour chaque machine en fonction des caractéristiques de fonctionnement de cette machine et des charges connectées au câble de distribution dont dépend cette machine Cependant, à cause des circulations d'énergie à l'intérieur du réseau, il se produira fréquemment que la distribution de la puissance réactive à l'intérieur du réseau ne sera pas optimale, avec pour résultat que la puissance réactive doit être débitée par la source d'énergie, ce qui provoquera la facturation d'une pénalité de consommation de puissance réactive par le

distributeur d' énergie.

De plus, le coût de fonctionnement du système est influencé par des écarts de tension des câbles de charge par rapport à leurs valeurs nominales, et par le fonctionnement d'un transformateur au-delà de sa capacité nominale ou le fonctionnement d'une machine en dehors de sa

capacité réactive.

Un objet principal de la présente invention est d'optimiser les caractéristiques de génération de puissance

réactive à l'intérieur d'un tel système.

Un autre objet de l'invention est de minimiser la puissance réactive débitée par la source d'énergie

extérieure.

Un avantage de l'invention est d'équilibrer les

flux de puissance réactive à l'intérieur du système.

Les objets ci-dessus, ainsi que d'autres, sont obtenus, selon la présente invention, avec un système pour optimiser les coûts associés à la génération et au débit de puissance réactive dans une installation industrielle connectée de façon à recevoir de l'énergie à partir d'une source d'énergie électrique, et comportant une pluralité de machines tournantes électromécaniques et de charges électriques connectées dans un réseau, chaque machine ayant une caractéristique de puissance réactive et un élément d'excitation qui peut être contrôlé pour ajuster la puissance réactive générée ou absorbée par la machine, ledit système comportant: des moyens définissant un modèle du réseau pour fournir une indication de la puissance réactive devant être délivrée par la source d'énergie en fonction des représentations de paramètres électriques sélectionnés du réseau, comprenant la puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine; des moyens de détermination de coût connectés auxdits moyens définissant un modèle pour fournir une indication du coût associé avec le débit de puissance réactive de la façon représentée par le modèle; des moyens de perturbation de paramètres du modèle du réseau connectés auxdits moyens formant modèle pour fournir auxdits moyens formant modèle des jeux de représentations de valeurs altérées de la puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine; des moyens de comparaison connectés auxdits moyens de détermination de coût pour déterminer l'indication de coût la plus basse fournie par lesdits moyens de détermination de coût après que chaque moyen formant modèle ait délivré des indications concernant une pluralité de jeux de représentation fournis par lesdits moyens de perturbation; et des moyens de commande de machine connectés auxdits moyens de comparaison pour fournir une indication de la commande à effectuer sur l'élément d'excitation de chaque machine afin de produire ou d'absorber la quantité de puissance réactive indiquée par lesdits moyens formant modèle en fonction du jeu de représentations pour lequel l'indication de coût la plus basse est produite par lesdits

moyens de détermination de coût.

D'autres objets de l'invention sont de contrôler la génération de la puissance réactive à l'intérieur d'un tel système de façon à maintenir toutes les machines à l'intérieur de leur capacité réactive, de maintenir tous les transformateurs à l'intérieur de leur capacité nominale et les dispositifs de sélection de prise de ces transformateurs à l'intérieur de leurs plages de fonctionnement, et de maintenir toutes les tensions de

câbles de charge à l'intérieur de tolérances déterminées.

Le procédé et le système selon la présente invention assurent un contrôle optimal de la génération de puissance réactive et le réglage des prises de transformateurs pour un réseau dans lequel les exigences de

puissance réelle ont déjà été fixées.

Le procédé Newton-Raphson est utilisé pour résoudre un modèle du système Dans ce but, des valeurs sélectionnées sont délivrées pour la valeur de tension devant être maintenue sur le câble de référence, qui est connecté à la source d'énergie, les niveaux de puissances réelles et réactives délivrées par la source d'énergie électrique et par chaque machine, les charges de puissances réelles et réactives sur tous les câbles de charge, l'état de tous les disjoncteurs situés entre les câbles, l'impédance ou l'admittance de toutes les lignes, la caractéristique, ou courbe de capacité réactive pour chaque machine, la capacité de puissance complète maximale de chaque transformateur, la plage de rapports de transformation du dispositif de sélection de prise de chaque transformateur, et la plage de tension admissible de chaque câble Une matrice d'équations, concernant chacune un câble respectif, est résolue par une procédure interactive jusqu'à ce que toutes les équations soient équilibrées Durant cette résolution, les valeurs qui peuvent varier sont le niveau de puissance réactive sur le câble de référence, à savoir, normalement, le câble connecté à la source d'énergie électrique, le point de référence de puissance réactive pour chaque machine, les rapports de transformation des transformateurs, et les tensions sur tous les câbles, toutes ces valeurs étant

maintenues à l'intérieur des plages spécifiées.

Une fois que l'on a obtenu une solution, les valeurs de puissance réactive et les réglages de prise de transformateur, sont ensuite perturbées en fonction d'une opération évolutive auto-régulée simple, et le modèle est à nouveau résolu pour déterminer les tensions des câbles qui vont exister dans les conditions perturbées En fonction d'un jeu entré par l'utilisateur de critères de coût pondérés, la solution optimale, produisant un coût optimal, est déterminée Lorsque la solution optimale, ou la meilleure solution possible, a été dérivée, des indications des valeurs de puissance réactive associées et des réglages de prises de transformateurs sont délivrés. En fonction des caractéristiques de capacité réactive connue des machines individuelles, les valeurs de puissance réactive déterminées sont utilisées pour ajuster le courant d'excitation de chaque machine, ou tout au moins, de chaque machine dont on contrôle effectivement la puissance réactive, afin d'établir les points de référence de puissance réactive désirés Les prises de transformateurs sont choisies en fonction des indications

de détermination de prises produites par le système.

La procédure selon la présente invention peut être employée soit en fonctionnement, soit en dehors du fonctionnement Dans l'utilisation en dehors du fonctionnement, l'utilisateur peut simuler différents jeux de conditions et optimiser les exigences de génération de puissance réactive et les déterminations de prises de transformateurs en fonction des critères de coût sélectionnés pour chacun de ces jeux de conditions Ceci permet à l'utilisateur d'expérimenter différents critères de coût et différents facteurs de pondération, différentes ampleurs de perturbation, etc, afin de déterminer le jeu de valeurs qui procure le fonctionnement optimal pour le système dans les différentes conditions simulées La totalité du système peut être représentée par un ordinateur

à usage général.

Pour l'utilisation en fonctionnement, on délivre au système d'optimisation des données identifiant les exigences de puissance et les rapports de transformation de transformateurs réels et en temps réel, ainsi que les exigences de puissance réactive initiale pour chaque machine, l'état en temps réel de tous les commutateurs et de tous les disjoncteurs coupe-circuit du réseau de l'usine et les courbes caractéristiques des machines En fonction de cette information, un modèle du système basé sur une matrice Newton-Raphson délivre les valeurs pour les tensions de câbles correspondantes, les points de référence de puissance réactive pour chaque machine et le rapport de transformation et la position du dispositif de sélection de

prise pour chaque transformateur.

Les valeurs détectées délivrées par la matrice sont ensuite traitées comme des variables qui sont soumises à un jeu ordonné de perturbations, comme mentionné ci-dessus, et pour chaque jeu de perturbations, de nouvelles valeurs de sortie sont produites, en utilisant un modèle de matrice Newton-Raphson du système, et le coût total basé sur les valeurs délivrées par le modèle est calculé Les coûts associés aux différents jeux de valeurs perturbées sont comparés, de nouveaux jeux de variables perturbées sont délivrés et les comparaisons de coûts sont réitérées jusqu'à ce qu'une solution approchant le coût total le plus

bas soit obtenue.

Durant ces opérations, le système d'optimisation agit pour maintenir toutes les machines à l'intérieur de leur capacité réactive, tous les transformateurs à l'intérieur leurs capacités nominales, tous les dispositifs de sélection de prise à l'intérieur de leurs plages de fonctionnement, et toutes les tensions de câble à l'intérieur de leurs tolérances déterminées Ceci se fait en délivrant au système optimisé des données concernant ses caractéristiques et en limitant les valeurs des variables

correspondantes en conséquence.

La figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un réseau d'installation dont le fonctionnement économique peut être optimisé selon

l'invention.

Les figures 2 et 3 sont des diagrammes de déroulement illustrant une procédure d'optimisation selon l'invention. Les figures 4 et 5 sont des représentations illustrant le principe du fonctionnement évolutif employé

dans la mise en pratique de l'invention.

La figure 1 est une représentation simplifiée en fonctionnement d'un réseau d'installation donné en exemple, auquel la présente invention peut être appliquée Les caractéristiques fondamentales des représentations en fonctionnement sont décrites dans la section 6 11 du texte ELEMENTS OF POWER SYSTEM ANALYSIS, quatrième édition, de

William D Stevenson, Jr, McGraw-hill Book Company, 1982.

Dans la figure 1, chaque ligne horizontale dont les extrémités ne sont pas connectées représente un câble, identifié par la lettre B Les câbles sont interconnectés d'une certaine manière par des lignes de raccordement L. Certaines des lignes L contiennent un cadre Z représentant l'impédance de cette ligne de raccordement, qui doit être prise en compte pour résoudre l'équation du débit de charges pour l'installation Dans le cas de lignes de raccordement L qui ne comportent pas de cadre Z, les impédances de ces lignes de raccordement ne doivent pas être prises en considération Deux des lignes de raccordement L contiennent des blocs ZT représentant les impédances de transformateurs qui sont équipés de dispositifs de sélection de prises afin de contrôler leurs

rapports de transformation.

Le câble B 2 est un câble de référence connecté pour recevoir de l'énergie à partir d'une source d'énergie extérieure Chacun des câbles B 4, B 6, B 8 et B 10 est connecté à la sortie d'un générateur respectif 12, 14, 16 et 18 Le câble B 20 est connecté pour délivrer de l'énergie à un moteur synchrone 22 L'installation comporte de plus des commutateurs S pouvant être commandés qui peuvent être

actionnés pour modifier la configuration de l'installation.

Les flèches s'étendant vers le bas à partir de certains

câbles représentent les charges de l'installation.

Finalement, l'installation comporte un certain nombre de disjoncteurs coupe-circuit qui ne sont pas illustrés car leurs emplacements précis ne sont pas importants pour la

mise en pratique de la présente invention.

Le but de cette invention est d'optimiser la caractéristique de puissance réactive d'une telle installation, en prenant en compte le fait que le coût de fonctionnement d'une telle installation est influencé par la quantité de puissance réactive reçue depuis la source d'énergie externe, les écarts de tension sur les différents câbles, les facteurs de puissance des lignes de raccordement et le niveau de puissance réactive associé à

chaque machine dans l'installation.

Un système pour mettre en pratique l'invention est illustré sous la forme de diagrammes de déroulement dans les figures 2 et 3 La figure 2 illustre la procédure qui sera employée pour produire une caractéristique initiale de puissances réactives de générateur et de moteur afin de correspondre aux puissances réactives sur les câbles associés En figure 2, le cadre de fonction 30 donne les valeurs mémorisées pour chaque impédance, Z et ZT, dans l'installation Ces données sont modifiées dans un cadre de fonction 32 qui contient une information mémorisée identifiant l'état de fonctionnement de chaque disjoncteur et de chaque commutateur S Pour chaque disjoncteur ou commutateur qui est ouvert, le bloc de fonction 32 donne une impédance très élevée à la ligne associée Les données résultantes sont ensuite employées dans un cadre de il fonction 34 afin d'établir une matrice d'admittances pour l'installation Les données délivrées par le cadre de fonction 30 sont entrées par l'opérateur de l'ordinateur à partir de calculs basés sur des valeurs mesurées des composants dans chaque ligne de raccordement, ou sur la base des mesures d'impédance après que l'installation ait été assemblée Une indication de la puissance réelle mesurée (ci-dessous, la puissance réelle sera identifiée par P et la puissance réactive par Q) délivrée par la source d'énergie externe est donnée par le cadre de fonction 38, et une indication de la puissance réelle P mesurée sur chaque câble est délivrée par le cadre de fonction 40 Les indications des charges de générateurs déterminées sont données par le cadre de fonction 42 qui est constitué par un programme connu qui indique la charge de P pour chaque générateur sur la base de la P totale qui doit être générée à l'intérieur de l'installation et de la P reçue depuis la source d'énergie extérieure La valeur de P déterminée pour chaque machine représente un optimal économique, et ces valeurs représentent des contraintes fixes concernant les variations qui peuvent être faites par le système selon la présente invention Les indications délivrées par les cadres de fonction 38, 40 et 42 sont délivrées à un cadre de fonction 44 qui ajuste la

distribution de P sur les différents câbles en conséquence.

Chacun des transformateurs ZT est d'un type ayant un rapport de transformation variable Par exemple, chaque transformateur peut être un transformateur à sélection de prises ayant une pluralité de positions de prises

représentant chacune un rapport de transformation donné.

Une indication d'un rapport de transformation déterminé initialement pour chaque transformateur est donnée par le

cadre de fonction 46.

Les indications de la Q initiale sur chaque câble, basées sur des calculs ou mesures initiaux, sont délivrés par un cadre de fonction 50, et ces indications sont utilisées, dans le cadre de fonction 52, pour déterminer un

niveau Q à chaque générateur et à chaque moteur.

Initialement, Q assigné à chaque machine peut être le même que la valeur Q indiquée pour le câble auquel est connecté

cette machine.

Les indications délivrées par les cadres de fonction 34, 44, 46 et 52 sont délivrées à un cadre de fonction 56 dans lequel une matrice NewtonRaphson est construite et initialisée Une matrice Newton-Raphson est un outil classique employé pour résoudre des problèmes de débit et de charge dans une installation Les principes du procédé Newton-Raphson, et son application à une installation de puissance, sont décrits dans la section 8 3 du texte de Stevenson cité ci-dessus L'utilisation d'un ordinateur pour ce procédé et les résultats qu'il peut produire sont décrits dans les sections 8 4, 8 5 et 8 6 de ce texte Les autres sections du chapitre 8 de ce texte donnent des informations additionnelles intéressantes pour

cette procédure.

Comme décrit dans le texte cité ci-dessus, le procédé Newton-Raphson peut être employé pour déterminer le niveau de tension au niveau de chaque câble et la puissance au niveau du câble d'entrée, à savoir normalement le câble B 2, pour des valeurs déterminées de P et de Q pour chacun des autres câbles Cette solution est trouvée dans le cadre de condition 58, et les résultats sont délivrés au cadre de fonction 60 sous la forme de valeurs de démarrage pour la

procédure d'optimisation selon la présente invention.

Si l'on se réfère à présent à la figure 3, les données apparaissant dans le cadre de fonction 60 sont envoyées à un cadre de fonction 62 qui sert à déclencher une procédure de calcul de coût La procédure est basée essentiellement sur un procédé d'opérations évolutives décrit dans des articles de G E P Box, intitulés "Evolutionary Operation: A Method for Increasing Industrial Productivity", APPLIED STATISTICS, volume VI, N 2, pages 3 à 23 ( 1957); et de G E P Box et J S Hunter, "Condensed Calculations for Evolutionary Opération Programs", TECHNOMETRICS, volume 1, N 1, pages 77 à 91 ( 1959) Les procédures pour automatiser ce procédé sont décrites par B H Carpenter et B C Sweeney dans "Process Improvement with Simplex Self-Directing Evolutionary Operation", CHEMICAL ENGINEERING, pages 117 à 126, 5 juillet 1965 C'est ce procédé automatisé qui est employé

ici, sous une forme modifiée.

Pour mettre en pratique ces procédés dans la pratique de la présente invention, on calcule un coût de départ, dans le cadre de fonction 62, sur la base des données délivrées à celui-ci, le coût étant associé à des écarts des différentes valeurs de fonctionnement par rapport à la valeur désirée et aux facteurs de pondération qui traduisent l'importance relative, en termes d'obtention du résultat final désiré, de l'écart associé à chaque valeur de fonctionnement Par exemple, un facteur de pondération important sera assigné à un écart du facteur de puissance dans le câble de référence B 2 par rapport à l'unité, car cet écart influence directement la puissance délivrée par la source d'énergie extérieure Par contre, un facteur de pondération plus faible sera attribué à des écarts dans des tensions au niveau des câbles de charge par

rapport à leur valeur nominale.

La matrice de Newton-Raphson détermine les tensions des câbles et la puissance des lignes de raccordement nécessaire pour délivrer des valeurs P et Q déterminées à chaque charge La matrice comprend une équation pour chaque câble, et chaque équation peut concerner la puissance nette délivrée par le câble ou le courant net délivré par chaque câble Sous une autre forme, la résolution du jeu d'équations donne des valeurs pour les tensions sur tous les câbles et des valeurs P et Q pour le câble d'entrée, à

savoir, normalement, le câble B 2.

Dans la matrice, la présence d'un transformateur sera représentée par la détermination d'un facteur

représentant son rapport de transformation par unité.

Les valeurs mémorisées dans le cadre de fonction 60 sont également délivrées au câble de fonction 64, dans lequel une opération évolutive autorégulée simple est effectuée, puis aux cadres de fonction 66, 68, 70 et 72 o l'opération est réalisée Les étapes de cette opération peuvent être résumées comme suit: 1) introduction d'une combinaison sélectionnée de petits changements dans les valeurs de départ des variables du système de l'installation; 2) résolution de la matrice de Newton-Raphson pour ces valeurs de variables; 3) détermination des coûts associés à la solution; 4) sélection d'au moins une combinaison nouvelle de petits changements dans les valeurs de variables, et réalisation des étapes 2) et 3) pour ces valeurs; ) comparaison des coûts déterminés dans les étapes 3) et 4); 6) sélection de nouvelles valeurs de variables sur la base du résultat de l'étape 5), réalisation des étapes 2) et 3) et comparaison du résultat de coût avec certains coûts employés dans la comparaison précédente; et 7) répétition des étapes 1) à 6) pour des nouvelles combinaisons successives de petits changements jusqu'à ce qu'il puisse être conclu que le plus petit coût possible a

été déterminé au moins de façon approximative.

L'étape 1) est effectuée dans le cadre de fonction 64; l'étape 2) est effectuée dans les cadres de fonction 66 et 68, qui correspondant aux cadres de fonction 56 et 58; l'étape 3) est effectuée dans le cadre de fonction 70; l'étape 5) est effectuée dans le cadre de fonction 72. Chacune des étapes énumérées ci-dessus va à présent

être décrite plus en détail.

1 Sélection des variables.

La présente invention concerne l'optimisation de la distribution de puissance réactive Q dans l'installation, la distribution de la puissance active P étant fixée par une procédure séparée comprenant un programme connu Par conséquent, durant l'opération évolutive autorégulée simple utilisée dans la mise en pratique de la présente invention, toutes les valeurs P sont traitées comme étant des constantes. Les variables qui sont sélectionnées pour l'optimisation sont sélectionnées parmi la puissance réactive produite par chaque générateur, la puissance réactive produite par chaque moteur et le rapport de transformation de chaque transformateur ajustable La variation des valeurs de différents groupes de ces variables peut altérer la distribution de puissance réactive dans l'installation d'une façon qui influence le

coût total du fonctionnement de l'installation.

Durant une période de fonctionnement donnée, certaines de ces variables n'ont pas été utilisées Par exemple, l'ouverture de disjoncteurs coupecircuit peut provoquer l'isolement d'un générateur et de sa charge ou

"sa mise à niveau" par rapport au reste de l'installation.

Dans ce cas, il est évident que l'équation pour ce câble sera retirée de la matrice de Newton-Raphson De plus, on peut décider de maintenir une valeur Q fixe pour un ou plusieurs générateurs ou moteurs Ces valeurs Q

représenteront des constantes dans la matrice d'équations.

Pour l'installation illustrée en figure 1, il y a un maximum de sept variables: Q pour chaque générateur et pour le moteur unique; et le rapport de transformation

pour chacun des deux transformateurs.

Changement des valeurs de variables.

En partant des valeurs actuelles de ces variables, telles qu'elles sont données par le cadre de fonction 60, ces valeurs sont perturbées suivant un certain motif, et, après chaque perturbation, les valeurs nouvelles sont employées pour dériver des solutions de débit de charge dans la matrice de Newton-Raphson L'efficacité de la procédure d'opérations évolutives autorégulées simples dépend de la façon dont les valeurs des variables sont changées De façon spécifique, on considère qu'il est avantageux de changer chaque variable de telle sorte qu'un jeu complet de perturbations produise des combinaisons de valeurs de variables sur lesquelles les valeurs courantes ou de départ

sont centrées.

La sélection de valeurs de perturbation va être décrite ci-dessous en se référant à un système de deux variables, décrit dans le tableau qui suit: Cas Valeur de ariable Xl IX X 2 1 A-a B-b 2 A+a B-b 3 A B+ 2 b A et B sont les valeurs de départ des deux variables X 1 et X 2, et a et b sont les valeurs de perturbations unitaires respectives Si X 1 et X 2 ont des unités différentes, les valeurs de a et de b peuvent être sélectionnées de façon à correspondre à des changements de puissance réactive similaires. La relation du jeu complet de quatre perturbations et des valeurs de départ est montré dans la figure 4 Ce diagramme montre clairement que les jeux de valeurs, ou cas, donnés dans le tableau ci- dessus sont distribuées uniformément autour des valeurs courantes A, B Si X 1 et X 2 ont les mêmes unités, A, B est centré par rapport aux trois valeurs

perturbées de b = ap/3.

Ce principe peut être appliqué à tout nombre sélectionné de variable en étendant le tableau ci-dessus vers la droite Dans chaque colonne (n), les N premières entrées seront identiques et seront les valeurs de départ moins la valeur de perturbation unitaire, la (n+l)ième entrée sera la valeur de départ plus N fois la valeur de perturbation unitaire, et toutes les entrées restantes

seront la valeur de départ de la variable respective.

Si toutes les variables ont les mêmes unités, le centrage des valeurs de départ par rapport à la totalité des n+ 1 cas nécessitera que la valeur de perturbation initiale pour la variable N soit égale à ap/n+l.

2 Résolution de la matrice de Newton-Raphson.

Cette matrice est résolue en utilisant les valeurs de variable pour chaque cas en tant que valeurs fixes Le résultat, pour chaque cas sera un jeu modifié de valeurs pour des tensions de câble et un facteur de puissance de lignes d'entrée, et des facteurs de puissance de générateur

et de moteur modifiés.

3 Calcul de coût.

Une équation définissant les composants du coût de

la délivrance d'énergie à toutes les charges est établie.

Cette équation peut comprendre des valeurs qui ne correspondent pas avec précision au coût économique, comme par exemple des changements dans le rendement de fonctionnement lorsque la tension du câble s'écarte de sa valeur nominale et l'influence du niveau de Q sur le

fonctionnement d'une machine.

Dans la réalisation illustrée en figure 1, les facteurs de coût essentiels concerneront l'écart du facteur de puissance du câble de référence (B 2) par rapport à l'unité; l'écart de la tension sur chaque câble par rapport à sa valeur nominale; l'écart de chaque machine par rapport à une région désirée de sa courbe de capacité réactive; le niveau des transformateurs à l'intérieur de leur capacité nominale; et le niveau des dispositifs de sélection de prises du transformateur à l'intérieur de leurs plages Le calcul de coût peut ignorer certaine machine, par exemple le moteur 22 et un ou plusieurs générateurs, si on sait que cela n'influencera pas de façon

significative les variations de coût.

Le coût associé à chaque facteur correspond au produit d'une fonction de coût et d'un facteur de pondération La fonction de coût peut être sélectionnée sur la base de la nature du facteur et de la façon dont la

valeur de ce facteur va influencer le coût. A titre d'exemple, une fonction de coût est tout simplement la valeur

absolue de la différence entre les valeurs de facteurs réel et idéal Cette fonction de coût peut être appliquée au facteur de puissance du câble de référence, dont la valeur optimale est l'unité, et aux écarts de tension du câble de référence et du câble de charge. Un deuxième type de fonction de coût a une valeur égale à zéro si la valeur réelle du facteur est située à l'intérieur d'une certaine plage et une valeur différente de zéro si la valeur du facteur réel est située en dehors de cette plage La valeur différente de zéro peut être constante ou proportionnelle à la valeur d'écart de la valeur du facteur par rapport à la plage La dernière fonction mentionnée peut être appliquée aux écarts des machines sélectionnées par rapport à la région désirée de la courbe de capacité réactive De préférence, cette échelle est établie automatiquement de façon à ce que l'absorption de puissance réactive maximale ait une valeur égale à -1 et que la génération de puissance réactive

maximale ait une valeur égale à + 1.

Pour prendre en compte la plage du rapport de transformation du transformateur, la fonction de coût prend une valeur égale à 1 si le modèle indique que la limite de plage de rapport de transformation du transformateur est dépassée. Chaque facteur de pondération peut indiquer le coût économique associé à une fonction de coût respective, ou peut réfléchir d'autres considérations qui sont importantes

pour le fonctionnement adéquat et sûr de l'installation.

Par exemple, si le fonctionnement d'un générateur en dehors d'une plage donnée risque de détruire le générateur, le facteur de pondération sera tel que le coût indiqué pour les valeurs situées hors de cette plage sera trop élevé, de

façon inacceptable.

Des exemples de valeur pour ces éléments sont les suivants, x représentant dans ceux-ci la valeur du facteur réel: Facteur de puissance du câble de référence: fonction de coût = 11-XI facteur de pondération = 10 Ecart de tension du câble de charge: fonction de coût = Ill(k V) -XI facteur de pondération = 0,5 Ecart de capacité réactive de la machine: Valeur du facteur Fonction de coût

X < -0,95 X (-0,95)

X > 0,95 X 0,95

-0,95 < X < 0,95 O

facteur de pondération = 1,0 Des facteurs de pondération de 0,1 peuvent être choisis pour l'écart de tension du câble de référence et on peut choisir des facteurs de 1 pour la plage de

transformation du transformateur.

Lorsque l'on applique les fonctions de coût et les facteurs de pondération sélectionnés aux valeurs de facteurs indiquées, on génère une valeur de coût totale pour chaque cas La relation entre les valeurs de coût pour les différents cas est utilisée pour déterminer l'étape

suivante dans le processus d'optimisation.

4 Sélection d'un nouveau jeu de valeurs de variables: Si l'on se réfère à la figure 5, qui concerne à nouveau un problème à deux variables, après que le coût total ait été déterminé pour un premier jeu de trois cas, 1, 20, 30, la valeur de coût la plus élevée est identifiée et le point sur le plan X 1 X 2 représentant ce cas est réfléchi autour de la moyenne des autres points Par exemple, si le cas 30 représente le coût le plus élevé, la réflexion du point associé autour de la moyenne des points l et 20 produira le point 31 (coordonnée A, B-4 b) Le coût associé au nouveau point 31 est déterminé en résolvant la matrice de Newton-Raphson pour le point 31, puis en calculant le coût sur la base de l'équation de coût Si le coût associé au niveau point 31 est inférieur à celui du point 30, les points 10, 20 et 31 constituent le nouveau jeu, le point de coût le plus élevé du nouveau jeu est réfléchi, et la comparaison ci-dessus est répétée Si le coût associé au point 31 n'est pas inférieur à celui associé à 30, le point 31 est ignoré et la sélection d'un nouveau point est effectuée en réfléchissant le point de coût le plus élevé suivant autour de la moyenne des autres points. Ce processus se poursuit jusqu'à ce qu'un point soit atteint pour lequel aucun des points en cours ne puisse être réfléchi avec succès A ce moment, les valeurs de variables du meilleur résultat obtenu jusqu'à présent sont choisies comme étant les nouvelles valeurs de départ (A, B), les valeurs unitaires de perturbation sont réduites et l'opération évolutive autorégulée simple est répétée jusqu'à ce qu'une valeur de coût située en dessous d'un seuil sélectionné soit obtenue ou qu'un temps de calcul sélectionné se soit écoulé Cette procédure est représentée

par les cadres de fonction 74, 76 et 78.

Un avantage de la procédure décrite ci-dessus est qu'après le calcul de coût pour le premier groupe de n+l cas, chaque étape suivante nécessite le calcul pour seulement un nouveau point, jusqu'à ce que de nouvelles

valeurs de départ soient choisies.

Comme noté ci-dessus, la valeur de perturbation associée à chaque variable d'une opération évolutive autorégulée simple doit diminuer en passant d'une variable à la suivante vers la droite Plus la valeur de la perturbation est faible, plus l'influence de cette perturbation sur l'indication du coût total résultant sera faible Si une variable ayant un effet significatif sur le coût total est associée à une valeur de perturbation faible, le temps nécessaire pour atteindre la valeur de coût optimale sera prolongé, et s'étendra éventuellement

au-delà du temps autorisé pour la procédure d'optimisation.

Cette difficulté peut être résolue en faisant varier les positions des variables dans la procédure, éventuellement d'une façon aléatoire Cette procédure pourra permettre l'égalisation de l'influence des perturbations de chaque variable sur l'indication de coût total résultant et raccourcira par conséquent le temps de calcul nécessaire

pour obtenir la valeur de coût optimale.

Après que l'on ait terminé une procédure d'optimisation et que des prises de transformateur et des courants d'excitation de machine aient été déterminés en conséquence, on peut déclencher une nouvelle procédure d'optimisation par le processus suivant: un changement dépassant un seuil donné dans la valeur absolue de la charge de puissance totale dans le système; ou un changement dépassant un seuil donné dans la tension de chaque phase des câbles de charges principaux; ou un changement dans l'état d'un commutateur ou d'un disjoncteur

coupe-circuit de l'installation.

Après que l'on ait trouvé une solution optimale, comme représenté par le cadre de fonction 80, les valeurs de courant d'excitation nécessaires pour faire produire ou absorber par les machines de l'installation les niveaux de puissance réactive correspondants sont indiquées à un

opérateur ou délivrées automatiquement aux machines.

Avant de tenter la résolution initiale de la matrice de Newton-Raphson, on doit effectuer une détermination de l'identité du circuit pour lequel on doit trouver la solution, en prenant en compte le fait que

différents disjoncteurs coupe-circuit peuvent être ouverts.

La priorité est donnée à un circuit actif contenant le câble de référence, connecté à la source d'énergie, et au moins un générateur fonctionnant sous un contrôle de puissance réactive automatique Si cette condition n'existe pas, on donne la priorité suivante à un circuit actif contenant au moins deux générateurs sous contrôle de puissance réactive automatique Un générateur est ensuite traité comme étant le câble d'entrée Si aucune de ces conditions n'est satisfaite, on peut effectuer l'opération

d'optimisation.

Après la sélection d'un circuit, tous les câbles connectés par l'intermédiaire de lignes d'inpédance zéro

sont traités comme étant un câble unique.

Pour l'optimisation, les moteurs synchrones sont traités comme étant des générateurs qui génèrent une puissance réelle négative Comme des lectures de puissances délivrant des entrées traitent les moteurs comme des charges, le signe de leur puissance est automatiquement

inversé durant l'opération en fonctionnement.

Pour la première itération de la procédure d'optimisation d'opération évolutive autorégulée simple selon l'invention, toutes les tensions sont initialisées à 1,0 + j 0,0 par unité Pour chaque itération suivante, les tensions associées au cas du coût le plus bas, précédemment résolues, sont utilisées comme étant le point de départ suivant Comme ce cas sera le moins réfléchi durant les itérations successives, ce cas sera habituellement plus

proche que les autres de la solution désirée.

Si, durant l'optimisation, une puissance réelle différente de zéro venant de la source d'énergie est spécifiée, alors, après chaque itération de la matrice de Newton-Raphson, la puissance d'équilibre, c'est-à-dire la différence entre la valeur spécifiée et la valeur calculée de la puissance réelle délivrée par la source d'énergie, est distribuée dans tous les câbles de charge

proportionnellement à leurs charges de puissance réelle.

Ceci permet à la puissance réelle de la source d'énergie d'être mesurée en fonctionnement Pour les calculs en dehors du fonctionnement, la spécification d'une puissance réelle venant de la source d'énergie égale à zéro provoquera l'attribution de toutes les puissances

d'équilibre calculées à la source d'énergie.

Le système mémorise une représentation de la caractéristique de capacité réactive de chaque machine, et ces caractéristiques agissent comme des contraintes sur la puissance réactive qui peut être calculée pour chaque machine.

Bien que la description ci-dessus se réfère à des

réalisations particulières de la présente invention, on comprendra que de nombreuses modifications peuvent être faites sans s'écarter de l'esprit de celle-ci Les

revendications jointes visent à couvrir ces modifications

dans la mesure o elles rentrent à l'intérieur de la véritable étendue de l'applicabilité et de l'esprit de la

présente invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Système pour optimiser les coûts associés à la génération et à l'écoulement d'une puissance réactive dans une installation industrielle connectée pour recevoir de l'énergie à partir d'une source d'énergie électrique et

comprenant une pluralité de machines tournantes électro-

mécaniques ( 12 à 22) et de charges électriques connectées dans un réseau, chaque machine ( 12 à 22) ayant une caractéristique de puissance réactive et un élément d'excitation qui peut être commandé pour ajuster la puissance réactive générée ou absorbée par la machine ( 12 à 22), ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens définissant un modèle ( 56) du réseau pour délivrer une indication de la puissance réactive devant être délivrée par la source d'énergie en fonction de représentations des paramètres électriques du réseau sélectionné, comprenant la puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine ( 12 à 22); des moyens ( 70 à 74) de détermination de coût connectés auxdits moyens définissant un modèle ( 56) afin de délivrer une indication du coût associé à l'écoulement de puissance réactive, comme représenté par le modèle ( 56); des moyens ( 64) de perturbation de paramètres de modèle de réseau connectés auxdits moyens de modèle ( 56) afin de délivrer auxdits moyens de modèle ( 56) des jeux de représentations de valeurs altérées de puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine; des moyens de comparaison ( 76) connectés auxdits moyens ( 70 à 74) de détermination de coût afin de déterminer l'indication de coût la plus basse délivrée par lesdits moyens ( 70 à 74) de détermination de coût après que lesdits moyens de modèle ( 56) ont délivré des indications concernant une pluralité de jeux de représentations délivrés par lesdits moyens de perturbation ( 64); et des moyens ( 80) de contrôle de machine connectés auxdits moyens de comparaison ( 76) afin de délivrer une indication de la commande à effectuer sur l'élément d'excitation de chaque machine ( 12 à 22) de façon à produire ou à absorber la quantité de puissance réactive indiquée par lesdits moyens de modèle ( 56) par rapport au jeu de représentations pour lequel l'indication de coût le plus bas est produite par lesdits moyens de détermination

de coût ( 70 à 74).

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation comporte une pluralité de câbles (B) connectés chacun à au moins l'un des éléments suivants: la source d'énergie extérieure; une machine tournante ( 12 à ); et une charge électrique, et en ce que le modèle ( 56) se présente sous la forme d'une matrice de Newton-Raphson qui reçoit des représentations de valeurs sélectionnées des débits de puissance réactive et réelle délivrés par la source d'énergie, par chaque machine ( 12 à 22) et pour chaque charge, et en ce que le modèle ( 56) fonctionne de façon à produire des valeurs calculées pour la puissance réactive devant être produite ou absorbée par chaque

machine ( 12 à 22).

3 Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'installation possède de plus au moins un transformateur (ZT) ayant un rapport de transformation ajustable, et en ce que ledit modèle ( 56) fonctionne de plus de façon à produire une valeur calculée pour le

rapport de transformation du transformateur.

4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de perturbation ( 64) fonctionnent de façon à effectuer une procédure d'optimisation d'opération évolutive. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de perturbation ( 64) fonctionnent de façon à délivrer de façon additionnelle, dans chaque jeu de représentations, une valeur altérée sélectionnée du rapport

de transformation du transformateur.

6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les représentations pour lesquelles des valeurs altérées sont délivrées par lesdits moyens de perturbation ( 64) se présentent sous la forme d'un réseau ordonné de représentations, chaque représentation étant altérée par une valeur qui diminue progressivement d'une représentation dans le réseau à la suivante, et en ce que lesdits moyens de perturbation ( 64) fonctionnent de façon à changer

périodiquement l'ordre des représentations dans le réseau.

7 Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de perturbation ( 64) fonctionnent de façon à changer l'ordre des représentations dans le groupement au moins d'une façon approximativement aléatoire. 8 Procédé pour optimiser les coûts associés à la génération et au débit de puissance réactive dans une installation industrielle connectée de façon à recevoir de l'énergie à partir d'une source d'énergie électrique, et comportant une pluralité de machines tournantes électromécaniques ( 12 à 22) et de charges électriques connectées dans un réseau, chaque machine ( 12 à 22) ayant une caractéristique de puissance réactive et un élément d'excitation qui peut être commandé pour ajuster la puissance réactive générée ou absorbée par la machine ( 12 à 22), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte: la création d'un modèle ( 56) du réseau afin de délivrer une indication de la puissance réactive devant être délivrée par la source d'énergie en fonction de représentations de paramètres électriques sélectionnés du réseau, comprenant la puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine ( 12 à 22); la délivrance ( 70 à 74) d'une indication du coût associé au débit de puissance réactive tel qu'il est représenté par le modèle ( 56); la délivrance ( 64) au modèle ( 56) de jeux de représentations de valeurs altérées de puissance réactive générée ou absorbée par chaque machine ( 12 à 22) et le fait que l'on fait produire par le modèle ( 56) une indication pour chaque jeu de représentations; la détermination ( 76) de l'indication de coût la plus basse délivrée après que le modèle ( 56) a délivré des indications concernant une pluralité de différents jeux de représentations délivrés au modèle ( 56); et la délivrance ( 80) d'une indication de la commande à effectuer sur l'élément d'excitation de chaque machine ( 12 à 22) pour produire ou pour absorber la quantité de puissance réactive indiquée par la modèle ( 56) par rapport au jeu de représentations pour lequel l'indication de coût la plus basse est produite dans ladite étape de

détermination ( 76).