Etude de la stabilité aux petites perturbations dans les grands réseaux électriques: optimisation de la régulation par une méthode métaheuristique

8 INTRODUCTION GENERALE Depuis une vingtaine d’années, les systèmes de puissance doivent faire face à des défis très importants. La libération du marché de l’électricité crée des scénarios de fonctionnement beaucoup plus complexes que par le passé. L’augmentation permanente de la dépendance électrique de la société moderne implique un fonctionnement des systèmes de puissance à 100% de leur capacité et une sûreté maximale. En outre, la qualité de la puissance électrique est devenue actuellement un grand souci pour les consommateurs et les fournisseurs. Par conséquent, des critères rigoureux de développement et de fonctionnement sont de plus en plus exigés. Dans ces conditions, la stabilité des systèmes de puissance devient une des préoccupations majeures pour les fournisseurs d’électricité. Ces systèmes doivent rester stables pour toutes les petites variations au voisinage des points de fonctionnement ainsi que pour des conditions sévères. Les nouvelles méthodes et les nouvelles technologies permettant d’améliorer la stabilité des systèmes font par conséquent l’objet de travaux de recherche extrêmement important. Compte tenu de la variété des conditions de fonctionnement et de la sévérité des incidents, les équipements de commande installés actuellement sur les réseaux peuvent s'avérer trop limités ou insuffisants pour répondre efficacement aux diverses perturbations. En conséquence, les opérateurs de réseaux cherchent à en optimiser leur fonctionnement tout en maintenant un niveau de sécurité satisfaisant. Un système de puissance est un système hautement non-linéaire qui fonctionne dans un environnement en évolution continuelle : charges, puissance de génération, topologie du réseau,… . Le système peut aussi être soumis à des perturbations ; la perturbation peut être faible ou importante. De petites perturbations, sous forme de variations de charge, se produisent continuellement. Le système doit être capable de "répondre" de façon satisfaisante aux besoins de la charge. Le système doit également être capable de résister à de nombreuses perturbations d’une nature sévère comme la foudre, la perte d’une unité de génération, un court-circuit sur une ligne de transmission, … . Suite à une perturbation transitoire, si le système est stable, il atteindra un nouvel état d’équilibre. Si le système est instable, cela se traduira, par exemple, par une augmentation progressive de l’écart entre les angles de rotor des générateurs ou par une diminution progressive des tensions des nœuds du réseau. Un état instable du système pourra conduire à des pannes en cascade et une déconnexion d’une grande partie du réseau électrique. Les oscillations des systèmes de puissance ont été prédites dès la première installation d’un système de puissance. Un système ayant plusieurs générateurs interconnectés via un réseau de transport se comporte comme un ensemble de masses interconnectées via un réseau de ressorts et présente des modes d’oscillation multiples. L’amortissement des oscillations a toujours été considéré comme un élément important du bon fonctionnement des systèmes de puissance. Une première solution pour amortir ces oscillations était l’utilisation d’enroulements amortisseurs dans les générateurs. Le problème des oscillations a ainsi disparu, mais l’amortissement global du système est resté toujours ignoré (Farmer, 2006). Plusieurs points considérés comme évidents à cette époque restent toujours valables :