Commande Robuste d`un UPFC dans un Réseau d`Énergie

REPUBLIQUE ALGERIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE TECHNOLOGIE D'ORAN
MOHAMED BOUDIAF
FACULTÉ DE GÉNIE ÉLECTRIQUE
DÉPARTEMENT D'ÉLECTROTECHNIQUE
MÉMOIRE EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLÔME DE
DOCTEUR EN SCIENCE
SPÉCIALITÉ: RÉSEAUX ÉLECTRIQUES
Présenté par
Mr. SEBAA Morsli
Sujet de mémoire
Commande Robuste d'un UPFC dans un Réseau d'Énergie Électrique Multi
Machines
SOUTENUE LE 2012 DEVANT LE JURY COMPOSE DE:
Mr. M. RAHLI Président Professeur, USTOran
Mr. A. CHAKER Rapporteur Professeur, ENSET – Oran
Mr. M. ZERIKAT Examinateur Professeur, ENSET d'ORAN
Mr. B. AZOUI Examinateur Professeur, UHLBatna
Mr. S. FLAZI Examinateur Professeur, USTOran
Mr. M. BOUHAMIDA Examinateur MCA, USTOran

Résumé
Le contrôleur de flux de puissance universel (UPFC) est le dispositif le plus polyvalent
parmi les systèmes de transmission flexibles à courant alternatif (FACTS) en raison de sa
capacité de contrôler les flux des puissances active et réactive sur les lignes de transmission tout
en contrôlant la tension du bus auquel l'UPFC est connecté. Cependant du fait que l'UPFC est un
contrôleur multi variables, l'analyse de son effet sur le fonctionnement du système d'alimentation
devient nécessaire.
Pour étudier les performances de l'UPFC pour l'amortissement des oscillations de la
puissance à l'aide du logiciel MATLAB/Simulink, un système de commande découplée a été
conçu pour l'onduleur shunt afin de contrôler la tension du bus de l'UPFC et la tension continue
du condensateur de liaison. Quant à l'onduleur série, il contrôle le flux de la puissance active
dans la ligne de transmission. Cependant, les analyses fréquentielle et temporelle ont montrées
que l'utilisation d'un régulateur classique de type PI (proportionnel et intégral) à gain élevé pour
l'onduleur série afin de réaliser un contrôle rapide du flux de la puissance active est associée par
le problème de la présence d'un amortissement faible. Ce problème est résolu dans cette
recherche en utilisant un contrôleur PI-flou adaptatif pour l'onduleur série.
Les études de la réponse transitoire ont été menées en utilisant le logiciel
MATLAB/Simulink pour montrer l'amélioration de l'amortissement des oscillations de la
puissance avec UPFC doté d'un contrôleur PI-flou adaptatif. Ces simulations ont été menées sur
un bus infini mono machine et après sur un réseau électrique multi machine. Les résultats de
simulations montrent la viabilité de l'UPFC, doté par un contrôleur PI-flou adaptatif pour
l'onduleur série, d'amortir les oscillations de la puissance dans les réseaux électriques par rapport
à un UPFC doté d'un contrôleur classique de type PI.
Abstract
Unified power flow controller (UPFC) has been the most versatile Flexible AC
Transmission System (FACTS) device due to its ability to control real and reactive power on
transmission lines while controlling the voltage of the bus to which it is connected. UPFC being
a multi-variable power system controller it is necessary to analyze its effect on power system
operation.
To study the performance of the UPFC in damping power oscillations using
MATLAB/Simulink software, a de-coupled control system has been designed for the shunt
inverter to control the UPFC bus voltage and the DC link capacitor voltage. The series inverter
of a UPFC controls the real power flow in the transmission line. One problem associated with
using a high gain PI controller (used to achieve fast control) for the series inverter of a UPFC to
control the real power flow in a transmission line is the presence of low damping. This problem
is solved in this research by using an adaptive fuzzy PI controller for the series inverter of UPFC.
Transient response studies have been conducted using MATLAB/Simulink software to
show the improvement in power oscillation damping with UPFC in a single machine infinite bus
and then in a multi machine power system in two cases, the first one when the series inverter is
equipped with a conventional PI controller, the second one when it is equipped with an adaptive
fuzzy PI controller. The simulation results have been conducted in MATLAB/Simulink software
show the viability of the proposed control strategy in damping power oscillations.

À la mémoire de mon père
à ma mère
à mon épouse
à mes fils
et
à mes frères et sœurs

Remerciements
Mes remerciement les plus vifs et chaleureux, vont à mon directeur de thèse
monsieur Abdelkader CHAKER, Professeur à l’ENSET d'Oran pour son aide, son
orientation et sa disponibilité, aussi pour la confiance et la compréhension qu’il
ma toujours manifesté.
Je remercie monsieur M. RAHLI, Professeur à l’université Mohamed
BOUDIAF d'Oran, d’avoir accepté de présider mon jury de soutenance.
J’adresse mes remerciements aux membres du jury qui ont accepté
d’examiner cette thèse en lui apportant de l’intérêt, monsieur M. ZERIKAT,
Professeur à l'ENSET d'Oran, monsieur B. AZOUI, Professeur à l'université de
Batna, monsieur S. FLAZI, Professeur à l’université Mohamed BOUDIAF d'Oran
et monsieur M. BOUHAMIDA maitre de conférences à l'université Mohamed
BOUDIAF d'Oran.
Enfin, mes sincères remerciements à mes collègues les enseignants de la
filière de génie électrique à l'université Ibn Khaldoun de Tiaret, plus
particulièrement messieurs T. ALLAOUI maitre de conférence en Automatique, D.
NASRI, maitre de conférences en physique et Y. MIHOUB, maitre de conférences
en génie électrique pour la patience, le soutien inconditionnel, les conseils lors de
la rédaction de cette thèse et le dévouement dont ils ont fait preuve.

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Table des matières
Liste des figures ............................................................................................................................................ 1
Liste des Tableaux ........................................................................................................................................ 4
Introduction générale ................................................................................................................................... 5
Chapitre I:État de l’art sur le contrôle de flux de puissance .................................................................... 11
1.1 Introduction ....................................................................................................................................... 12
1.2 Présentation des contrôleurs de flux de puissance ............................................................................ 12
1.3 Conception de l’UPFC ...................................................................................................................... 16
1.4 L'UPFC: construction et exploitation ............................................................................................... 19
1.5 Complexité de la conception et du fonctionnement de l’UPFC ........................................................ 21
1.5.1 La complexité de la conception du système de contrôle d’un UPFC ......................................... 21
1.5.2 La complexité de fonctionnement d'un UPFC dans un réseau électrique intégré. ..................... 22
1.6 État de l’art sur les FACTS ............................................................................................................. 22
1.6.1 Introduction ................................................................................................................................ 22
1.6.2 Étude bibliographique ................................................................................................................ 23
1.7 Conclusion ......................................................................................................................................... 35
Chapitre II: Modélisation d’un UPFC pour une ligne de transmission .................................................. 37
2.1 Introduction ....................................................................................................................................... 38
2.2 Modèle d’un UPFC pour un flux de charges .................................................................................... 39
2.3 Circuit équivalent de Norton d’un UPFC ......................................................................................... 40
2.4 Équations des puissances active et réactive de l’UPFC ................................................................... 41
2.5 Procédure de flux de charge ............................................................................................................. 42
2.6 Modélisation de l'UPFC .................................................................................................................... 44
2.6.1 Modélisation du bus continu de l’UPFC .................................................................................... 44
2.6.2 Modélisation et conception du système de contrôle de l'onduleur shunt ................................... 47
2.6.3 Modélisation et conception du système de contrôle de l'onduleur série .................................... 60
2.7 Performance du système de contrôle d'un UPFC avec onduleur série contrôlant le flux de la
puissance active dans une ligne de transmission avec un régulateur PI ................................................ 65
2.7.1 Description du réseau électrique étudié: ................................................................................... 65
2.7.2 Réponse à un échelon d'entrée ................................................................................................... 66
2.8 Conclusion ......................................................................................................................................... 69
Chapitre III: Amélioration de la stabilité d’un réseau par UPFC ........................................................... 71
3.1 Introduction ....................................................................................................................................... 72
3.2 Analyse de stabilité aux petites perturbations ................................................................................... 72
3.2.1 Formulation de la matrice d’état ............................................................................................... 72
3.3 Évaluation de la stabilité aux petites perturbations .......................................................................... 74