FR3006818A1

FR3006818A1 - Procede d'optimisation du positionnement de capteurs de tension dans un reseau de distribution hta

Info

Publication number: FR3006818A1
Application number: FR1355390A
Authority: FR
Inventors: Olivier Chilard
Original assignee: Electricite de France SA; Electricite Reseau Distribution France SA
Current assignee: Electricite de France SA; Enedis SA
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-12
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: FR3006818B1

Abstract

L'invention concerne un procédé d'optimisation du positionnement de capteurs dans un réseau HTA alimenté par un réseau de transport au niveau d'un poste de transformation HTB/HTA et auquel sont raccordés des terminaux consommateurs et au moins un terminal producteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détermination d'une première série de valeurs simulées de variables électriques du réseau HTA par simulation du fonctionnement du réseau HTA; - détermination d'une seconde série de valeurs estimées des variables électriques du réseau HTA par estimation d'état à partir d'un sous-ensemble de la première série de valeurs simulées, les valeurs du sous-ensemble correspondant à des mesures de capteurs théoriques; - comparaison de la première série de valeurs simulées avec la seconde série de valeurs estimées ; - dans le cas où la première série de valeurs simulées diffère de la seconde série de valeurs estimées de moins d'une valeur seuil, on installe, dans le réseau HTA, des capteurs adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs ; - dans le cas où la première série de valeurs simulées diffère de la seconde série de valeurs estimées de plus d'une valeur seuil, on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous-ensemble de valeurs correspondant à des mesures de capteurs théoriques.

Description

Procédé d'optimisation du positionnement de capteurs de tension dans un réseau de distribution HTA DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine des procédés de réglage de tension sur les réseaux HTA en présence de production décentralisée. ETAT DE LA TECHNIQUE Le réglage de tension d'un réseau de distribution en présence de production décentralisée nécessite une estimation fiable des tensions en tout noeud du 15 réseau. La tension en tout noeud du réseau peut notamment être déterminée en appliquant les lois de l'électrotechnique à des mesures réelles fournies par des capteurs de tension positionnés sur des noeuds du réseau de distribution et de pseudo-mesures calculées à partir d'un modèle de charge des consommateurs et des postes de transformation HTA/BT non instrumentés par des capteurs. 20 La fiabilité de l'estimation des tensions dépend directement du nombre de capteurs en réseau. Si le nombre de capteurs en réseau est trop faible, il n'est pas possible de garantir le fonctionnement d'un procédé de réglage des tensions car la précision d'estimation de la tension en tout noeud du réseau ne sera pas conforme 25 aux contraintes techniques, à savoir un écart maximum de 1% entre l'estimation de la tension et la valeur réelle, non connue, de cette tension. Or, il n'est pas possible, pour des raisons de coût, d'instrumenter de très nombreux points de mesure sur un réseau de distribution. 10 30 EXPOSE DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un procédé qui détermine, en fonction du type de réseau sur lequel agit le procédé de régulation de tension, le type, le nombre et la classe des capteurs nécessaires afin d'obtenir la précision nécessaire pour effectuer un réglage efficace de la tension. A cet effet, l'invention propose un procédé d'optimisation du positionnement de capteurs dans un réseau HTA alimenté par un réseau de transport au niveau d'un poste de transformation HTB/HTA et auquel sont raccordés des terminaux consommateurs et au moins un terminal producteur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détermination d'une première série de valeurs simulées de variables électriques du réseau HTA par simulation du fonctionnement du réseau HTA; - détermination d'une seconde série de valeurs estimées des variables électriques du réseau HTA par estimation d'état à partir d'un sous-ensemble de la première série de valeurs simulées, les valeurs du sous-ensemble correspondant à des mesures de capteurs théoriques; - comparaison de la première série de valeurs simulées avec la seconde série de valeurs estimées ; - dans le cas où la première série de valeurs simulées diffère de la seconde série de valeurs estimées de moins d'une valeur seuil, on installe, dans le réseau HTA, des capteurs adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs ; - dans le cas où la première série de valeurs simulées diffère de la seconde série de valeurs estimées de plus d'une valeur seuil, on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous-ensemble de valeurs correspondant à des mesures de capteurs théoriques.

L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l'une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : - les variables électriques du réseau HTA sont les amplitudes des tensions au niveau d'un ensemble de noeuds significatifs du réseau HTA correspondant à des positions de capteurs théoriques ; - le réseau HTA est simulé par calcul de flux de puissance ; - le sous-ensemble de la première série de valeurs simulées comprend initialement une valeur de tension au niveau du poste de transformation HTB/HTA ; - le sous-ensemble de la première série de valeurs simulées comprend initialement une valeur de puissance active et réactive en tête de départ HTA du poste de transformation HTB/HTA ; - le sous-ensemble de la première série de valeurs simulées comprend initialement des valeurs de tensions au niveau des producteurs décentralisés ; - on fait évoluer le sous-ensemble de valeurs correspondant à des mesures de capteurs théoriques en rajoutant une valeur de mesure de tension en bout de réseau ; - on fait évoluer le sous-ensemble de valeurs correspondant à des mesures de capteurs théoriques en rajoutant une valeur de mesure de tension en un point déterminé par dichotomie. L'invention propose également un système d'optimisation du positionnement de capteurs dans un réseau HTA alimenté par un réseau de transport au niveau d'un poste de transformation HTB/HTA et auquel sont raccordés des terminaux consommateurs et au moins un terminal producteur, caractérisé en ce qu'il comporte un simulateur adapté pour : - déterminer une première série de valeurs simulées de variables électriques du réseau HTA par simulation du fonctionnement du réseau HTA ; - déterminer une seconde série de valeurs estimées des variables électriques du réseau HTA par estimation d'état à partir d'un sous-ensemble de la première série de valeurs simulées, les valeurs du sous-ensemble correspondant à des mesures de capteurs théoriques; - comparer la première série de valeurs simulées avec la seconde série de valeurs estimées; - dans le cas où la première série de valeurs des amplitudes de tension simulées diffère de la seconde série de valeurs estimées de plus d'une valeur seuil, on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous-ensemble de valeurs correspondant à des mesures de capteurs théoriques; le système comportant en outre des capteurs adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs. L'invention propose également un réseau HTA alimenté par un réseau de transport au niveau de postes de transformation HTB/HTAs et auquel sont connectés des terminaux consommateurs et au moins un terminal producteur, caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs de tension positionnés sur des noeuds du réseau HTA selon l'un des procédés décrits plus haut.

Le procédé permet l'optimisation du positionnement des capteurs de tension dans un réseau de distribution en fonction de la configuration de réseau de distribution (ouverture/fermeture des interrupteurs télécommandables à distance), et des variations de tension dues à de la production décentralisée et à la consommation.

DESCRIPTION DES FIGURES D'autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels : - la figure 1 illustre un réseau de distribution ; - la figure 2 illustre un procédé d'optimisation du positionnement des capteurs de tension dans un réseau de distribution pour le réglage de tension en présence de production décentralisée conforme à l'invention ; - la figure 3 illustre un réseau de distribution équipé de capteurs positionnés selon ce procédé ; - la figure 4 illustre la précision de la mesure de tension en fonction du nombre de capteurs en réseau.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION En référence à la figure 1, un réseau 1 de distribution HTA à 20 kV est alimenté par un réseau de transport 7 à travers un poste de transformation HTB/HTA 3 présentant une série de départs HTA (notés D1 et D2). Le réseau 1 de distribution HTA présente une artère sur laquelle sont reliées directement des branches de dérivation au bout desquelles se trouvent des postes HTA/BT 6, qui alimentent des réseaux de distribution basse tension BT 9 sur lesquels sont raccordés des consommateurs 2. Des producteurs décentralisés 2p raccordés au réseau HTA 1 et au réseau BT 9 produisent de l'électricité qui est réinjectée dans le réseau HTA 1 et dans le réseau BT 9 respectivement. Le réseau HTA 1 présente une structure arborescente. Des organes de manoeuvre 8 permettent d'adapter la topologie du réseau 1 ce qui permet de reprendre les départs HTA par d'autres postes sources.

La figure 2, illustre les différentes étapes du procédé. Dans une première étape E1, un simulateur 4 simule le fonctionnement d'un réseau lth de distribution modélisé de manière à modéliser le comportement du réseau 1 de distribution réel. Le réseau lth de distribution modélisé présente la même configuration que le réseau 1 réel. Le simulateur 4 calcule par calcul de flux de puissance (« load flow » en anglais) des valeurs des variables électriques Sa1, Sa2, ... San du réseau au niveau de l'ensemble de noeuds du réseau de distribution 1. Ces variables électriques Sa1, Sa2, ... San sont les tensions en chaque noeud et les puissances actives et réactives sur chaque tronçon.

Dans une deuxième étape E2, on choisit un sous-ensemble de la première série de valeurs simulées Sa1, Sa2, ... San au niveau d'un sous-ensemble de l'ensemble de noeuds du réseau. Le sous-ensemble de la première série de valeurs simulées Sa1, Sa2, ... San correspond aux mesures réalisées par des capteurs théoriques 5th positionnés au niveau du sous-ensemble de l'ensemble de noeuds du réseau. Dans la configuration d'instrumentation initiale, le sous-ensemble de la première série de valeurs simulées Sa1, Sa2, ... San comprend par exemple une mesure de tension au niveau du poste de transformation HTB/HTA 3 (avec précision de 1%) et une mesure de la puissance active et la puissance réactive sur la tête de départ du poste de transformation HTB/HTA 3 (avec précision de 3%) correspondant respectivement à des capteurs théoriques 5th de tension et de puissance active et réactive positionnés au niveau du poste de transformation HTB/HTA 3. En cas de présence de producteur sur le départ étudié, la configuration d'instrumentation initiale comprend également une mesure de tension et une mesure de puissance active et réactive d'injection du producteur raccordé sur le réseau HTA dans le réseau correspondant respectivement à des capteurs théoriques 5th de tension et de puissance active et réactive positionnés au niveau des producteurs décentralisés. Les capteurs théoriques 5th simulent le fonctionnement de capteurs réels 5 destinés à être placés dans le réseau 1 réel. Or, les capteurs réels 5 correspondants aux capteurs théoriques 5th fournissent des mesures entachées d'une erreur. Le simulateur 4 simule donc pour chacune des valeurs du sous- ensemble de la première série de valeurs simulées Sal, Sa2, ... San, une valeur de mesure affectée d'une certaine erreur. Ces erreurs de mesures sont calculées à partir d'une distribution gaussienne centrée sur la valeur exacte calculée et ayant un écart type proportionnel à l'erreur de précision du capteur associé. Par exemple, l'écart type de la gaussienne est typiquement égal à 3% de la valeur exacte calculée pour un capteur ayant une précision de 3%. Afin d'avoir une étude robuste, un certain nombre de tirages Monte Carlo sont effectués sur les gaussiennes affectées à chaque valeur de la première série de valeurs simulées Sal, Sa2, ... San de variables électriques pour un même point de fonctionnement.

On effectue typiquement cent tirages Monte Carlo. Dans un réseau électrique, les grandeurs électriques, en particulier les tensions et les puissances actives et réactives sont reliées entre elles par les lois de l'électrotechnique. L'estimation d'état consiste à déterminer des valeurs approchées des variables du réseau dont on ne connait pas les valeurs en appliquant les lois de l'électrotechnique aux variables dont les valeurs sont connues. Le simulateur 4 détermine donc une seconde série de valeurs estimées Eal, Ea2, Ean pour les variables électriques au niveau de l'ensemble de points al, a2,.. an significatifs du réseau de distribution par estimation d'état à partir des valeurs du sous-ensemble de la première série de valeurs simulées Sal, Sa2, San affectées d'erreurs simulées. Dans une troisième étape E3, le simulateur 4 compare la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San) et la seconde série de valeurs estimées (Eal, Ea2, Ean), ce qui revient à comparer les valeurs des grandeurs électriques déterminées par estimation d'état à partir des simulations des mesures de capteur théoriques 5th avec les résultats du simulateur 4 de réseau par calcul de flux de puissance (« load flow »).

Les performances de la configuration de capteurs théoriques 5th sont jugées acceptables pour la mise en oeuvre d'une fonction de réglage de tension si un certain pourcentage des valeurs de la première série de valeurs des amplitudes de tension simulées Val , Va2, ... Van diffère de la seconde série de valeurs des amplitudes de tension estimées Eal, Ea2, Ean de moins d'une valeur seuil Vs. Par exemple, si on a effectué cent simulations, les performances de la configuration de capteurs théorique 5th sont jugées acceptables si 100% des cent simulations fournissent des valeurs de tension en chaque noeud du réseau s'éloignant des valeurs issues du calcul de flux de puissance de moins de 1% de la valeur de tension considérée comme vraie du réseau, ce qui est équivalent à dire que la précision attendue sur les résultats doit être supérieure à 99% pour assurer une erreur inférieure à 1%. Dans le cas où les performances de la configuration de capteurs théoriques 5th sont jugées inacceptables, on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous ensemble de points correspondant aux positions de capteurs théoriques 5th. On réitère par exemple ledit procédé en ajoutant à la configuration d'instrumentation initiale un capteur de tension théorique 5th en bout de réseau HTA 1, ce qui revient à ajouter au sous-ensemble Sal, Sa2 de la première série de valeurs simulées Sal, Sa2, ... San une valeur de tension en bout de réseau On peut également réitérer ledit procédé en ajoutant à la configuration d'instrumentation initiale un capteur de tension théorique 5th en un point déterminé par dichotomie sur une branche du réseau HTA 1, ce qui revient à ajouter au sous- ensemble Sal, Sa2 de la première série de valeurs simulées Sal, Sa2, ... San une valeur de tension en un point déterminé par dichotomie sur une branche du réseau.

Lorsque les performances de la configuration de capteurs théoriques 5th sont jugées acceptables pour la mise en oeuvre d'une fonction de régulation de tension, on installe, dans le réseau 1, des capteurs de tension 5 adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs Sa1, Sa2 au niveau du sous ensemble de points du réseau réel 1 correspondant aux capteurs théoriques 5th. La figure 4 décrit les performances de la fonction d'estimation des tensions (en ordonnée) en fonction de configurations de capteurs dans le réseau (en abscisse) pour deux départs HTA différents. La courbe supérieure correspond à un départ HTA avec producteurs décentralisés (par exemple le départ D1) et la courbe inférieure à un départ HTA sans producteurs décentralisés (par exemple le départ D2). Pour le départ D2 correspondant à la courbe inférieure, la configuration initiale ne répond pas à la précision requise qui doit être supérieure à 99%. Il est donc nécessaire de rajouter des capteurs de tension en réseau pour atteindre la précision requise. Les résultats obtenus avec la deuxième configuration testée montrent qu'avec trois capteurs de tension en réseau la précision requise est atteinte.

Le procédé décrit permet la détermination du nombre minimum de capteurs 5 à installés dans le réseau 1, de la position et du type de ces capteurs 5, permettant de garantir une estimation des tensions en tous noeuds du réseau suffisamment fiable et donc l'opérabilité d'un procédé de réglage de tension. Le procédé permet de minimiser le nombre de capteurs 5 à installer dans le réseau 1 et donc de diminuer le coût de mise en oeuvre de la régulation de la tension sur les réseaux de distribution.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation du positionnement de capteurs (5) dans un réseau HTA (1) alimenté par un réseau de transport (7) au niveau d'un poste de transformation HTB/HTA (3) et auquel sont raccordés des terminaux consommateurs (2) et au moins un terminal producteur (2p), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - (El) détermination d'une première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, San) de variables électriques du réseau HTA (1) par simulation du fonctionnement du réseau HTA (1); - (E2) détermination d'une seconde série de valeurs estimées (Eal , Ea2, Ean) des variables électriques du réseau HTA (1) par estimation d'état à partir d'un sous-ensemble (Sal, Sa2) de la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, San), les valeurs du sous-ensemble (Sal, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th); - (E3) comparaison de la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, San) avec la seconde série de valeurs estimées (Eal, Ea2, Ean); - dans le cas où la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San) diffère de la seconde série de valeurs estimées (Eal , Ea2, Ean) de moins d'une valeur seuil (Vs), on installe (E4), dans le réseau HTA (1), des capteurs (5) adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs (Sal, Sa2) ; - dans le cas où la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San) diffère de la seconde série de valeurs estimées (Eal , Ea2, Ean) de plus d'une valeur seuil (Vs), on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous-ensemble de valeurs (Sal, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th).
2. Procédé d'optimisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les variables électriques du réseau HTA (1) sont les amplitudes destensions au niveau d'un ensemble de noeuds significatifs du réseau HTA (1) correspondant à des positions de capteurs théoriques (5th).
3. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau HTA (1) est simulé par calcul de flux de puissance.
4. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble (Sa1, Sa2) de la première série de valeurs simulées (Sa1, Sa2, ... San) comprend initialement une valeur de tension au niveau du poste de transformation HTB/HTA (3).
5. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble (Sa1, Sa2) de la première série de valeurs simulées (Sa1, Sa2, ... San) comprend initialement une valeur de puissance active et réactive en tête de départ HTA du poste de transformation HTB/HTA (3).
6. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble (Sa1, Sa2) de la première série de valeurs simulées (Sa1, Sa2, ... San) comprend initialement des valeurs de tensions au niveau des producteurs décentralisés (2p).
7. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait évoluer le sous-ensemble de valeurs (Sa1, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th) en rajoutant une valeur de mesure de tension en bout de réseau.
8. Procédé d'optimisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait évoluer le sous-ensemble de valeurs (Sa1, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th) enrajoutant une valeur de mesure de tension en un point déterminé par dichotomie.
9. Système d'optimisation du positionnement de capteurs (5) dans un réseau HTA (1) alimenté par un réseau de transport (7) au niveau d'un poste de transformation HTB/HTA (3) et auquel sont raccordés des terminaux consommateurs (2) et au moins un terminal producteur (2p), caractérisé en ce qu'il comporte un simulateur (4) adapté pour : - déterminer une première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San) de variables électriques du réseau HTA (1) par simulation du fonctionnement du réseau HTA (1) ; - déterminer une seconde série de valeurs estimées (Eal , Ea2, Ean) des variables électriques du réseau HTA (1) par estimation d'état à partir d'un sous-ensemble (Sal, Sa2) de la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San), les valeurs du sous-ensemble (Sal, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th); - comparer la première série de valeurs simulées (Sal, Sa2, ... San) avec la seconde série de valeurs estimées (Eal, Ea2, Ean); - dans le cas où la première série de valeurs des amplitudes de tension simulées (Val, Va2, ... Van) diffère de la seconde série de valeurs estimées (Eal, Ea2, Ean) de plus d'une valeur seuil (Vs), on réitère ledit procédé en faisant évoluer le sous-ensemble de valeurs (Sal, Sa2) correspondant à des mesures de capteurs théoriques (5th) ; le système comportant en outre des capteurs (5) adaptés pour fournir des mesures des valeurs du sous-ensemble de valeurs (Sal, Sa2).
10. Réseau HTA (1) alimenté par un réseau de transport (7) au niveau de postes de transformation HTB/HTAs (3) et auquel sont connectés des terminaux consommateurs (2) et au moins un terminal producteur (2p), caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs de tension (5) positionnés surdes noeuds (11) du réseau HTA (1) selon l'un des procédés des revendications 1 à 8.