Doctorat en Sciences Thème - Université Ferhat Abbas

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
  –  1 - 
UNIVERSITE FERHAT ABBAS – SETIF 1- SETIF
THESE
Présentée à la
FACULTE DE TECHNOLOGIE
DÉPARTEMENT D’ÉLECTROTECHNIQUE
Pour l’Obtention du Diplôme de
Doctorat en Sciences
Option : Réseaux Electriques
Par
ZIYAD BOUCHAMA
Thème
Stabilisateurs Synergétiques des Systèmes de Puissance
Soutenue le : 12/12/2013 devant la commission d’examen composée de
Pr. T. BOUKTIR Président Université de Sétif
Pr. M. N. HARMAS Directeur de thèse Université de Sétif
Pr. R. ABDESSEMED Examinateur Université de Batna
Pr. A. CHAGHI Examinateur Université de Batna
Pr. N. GOLEA Examinateur Université d'Oum El Bouaghi
Dr. M. ABDELAZIZ Examinateur Université de Sétif

RESUME :
Le but de ce travail est d'étudier un système de puissance du point de vue
commande, en mettant en évidence les avantages d'une nouvelle approche, en l’occurrence
la commande optimale adaptative indirecte floue synergétique qui permet d’éliminer
rapidement les oscillations inhérentes à tout système de puissance, améliorant ainsi sa
stabilité dynamique transitoire. Ce dernier, constitué d'une machine synchrone reliée à un jeu
de barres infini par deux lignes de transmission, est approximé par un système flou. Le
système de puissance est équipé d’un stabilisateur de puissance synergétique dont les
paramètres sont optimisés par l'algorithme d'optimisation par essaim de particules : PSO.
Ce stabilisateur intelligent AFSPSS est utilisé pour commander et améliorer la stabilité du
système étudié lorsque ce dernier est soumis à diverses perturbations. La stabilité du
système en boucle fermée est garantie par la synthèse de Lyapunov.
MOTS CLES : système de puissance, stabilisateur, commande synergétique, adaptative
floue, adaptative floue synergétique, optimisation par essaim de particules.
ABSTRACT:
A new particle swarm optimized robust fuzzy indirect adaptive power system
stabilizer is developed based on recently developed synergetic control methodology. Fuzzy
systems are used in an adaptive scheme to approximate power system dynamics using a
nonlinear model while synergetic control provides for rapid power system oscillations
improving therefore transient system stability. Furthermore controller parameters are
optimized using a PSO approach to further improve performances. Simulation of severe
power system operating conditions is conducted to validate the proposed approach
effectiveness while stability is guaranteed via Lyapounov synthesis.
Keywords: Power system, stabilizer, synergetic control, adaptive fuzzy control, adaptive
fuzzy synergetic control, particle swarm optimization.
خلمــــ ص
ﻪـﻳﻧﻘﺗ نﻳدـﻣﺗﻌﻣ ﻲﺋﺎﺑرﻬﻛ ﺔﻗﺎط مﺎظﻧﻟ تﺑﺛﻣ ﺔﺳاردﺑ موﻘﻧ ﺔﺣورطﻷا ﻩذﻫ ﻲﻓ
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ﺔـﻧﻣازﺗﻣ ﺔـﻧﻛﻣ نـﻣ نوـﻛﻣ ﻲﺋﺎـﺑرﻬﻛ ﺔـﻗﺎط مﺎظﻧ رارﻘﺗﺳا ﻰﻠﻋ ﺎﻬﻘﻳﺑطﺗ ﻝﺟا
ﻩﺎﻧﺗﻣ ﻻ دﻋﺎﺳﺑ ﺔﻠﺻﺗﻣ .ﻊـﺿﺎﺧ مﺎظﻧﻟا نوﻛﻳ كاذﻧآ ثـﻳﺣ ،ةرﺑﺎـﻋ تﺎﺑارطـﺿﻻ
مﻛﺣﺗـﻟا ﺔﻳرظﻧ و ﻲﺋﺎﺑرﻬﻛﻟا ﺔﻗﺎطﻟا مﺎظﻧ مﻳﻣﺻﺗ ﻲﻓ ﻲﺑﺎﺑﺿﻟا قطﻧﻣﻟا ﻝﻣﻌﺗﺳﻳ
ﻝـﺟا نﻣ ضﻳرﺣﺗﻟا مﺎظﻧ ﻲﻓ ﺎﻬﻔﻳﺿﻧ ﻲﻛﻟ تﺑﺛﻣﻟا ةرﺎﺷإ جﺎﺗﻧﺈﺑ موﻘﺗ ﻲﺟرﻧﻳﺳﻟا
مﺎظﻧﻟا رارﻘﺗﺳا.ﺗﻌﻧﻣ رﺻﺎﻧﻌﻟا دﻳدﺣﺗ ﻲﻓ ﺔﻳﺋزﺟﻟا تﺎﻋوﻣﺟﻣﻟا ﺔﻳﻣزراوﺧ ﻰﻠﻋ د
فﻳﻛﻣﻟا ﻲﺑﺎﺑﺿﻟا تﺑﺛﻣﻠﻟ ﻰﻠﺛﻣﻟا ﺔﻳﻔﻳﻛﺑ ﻲﺟرﻧﻳـﺳ .نﻣﺿـﻳو مﺎـظﻧﻟا رارﻘﺗـﺳا
فوﻧوﺑﺎﻳﻟ ﻝﻳﻠﺣﺗ قﻠﻐﻣﻟا.
ﻪﻳﺣﺎﺗﻔﻣ تﺎﻣﻠﻛ : ﺔـﻳرظﻧ ،ﻲﺋﺎـﺑرﻬﻛ ﺔﻗﺎط مﺎظﻧﻟ تﺑﺛﻣ، ﻲﺋﺎﺑرﻬﻛ ﺔﻗﺎط مﺎظﻧ
ـﻟا مﻛﺣﺗﻟاﻲﺟرﻧﻳﺳ مﻛﺣﺗـﻟا ﺔـﻳﻧﻘﺗ ،ﺔـﻔﻳﻛﻣﻟا ﺔﻳﺑﺎﺑﺿـﻟا مﻛﺣﺗـﻟا ﺔـﻳﻧﻘﺗ ،
ﺔﻳﻔﻳﻛﺑ ﺔﻔﻳﻛﻣﻟا ﺔﻳﺑﺎﺑﺿﻟاﻲﺟرﻧﻳﺳﺔﻳﺋزﺟﻟا تﺎﻋوﻣﺟﻣﻟا ﺔﻳﻣزراوﺧ ،
.

Sommaire
INTRODUCTION GÉNÉRALE………………………………………………………….. 01
Chapitre I: Stabilité et Modélisation d'un Système de Puissance
I. Introduction…………………….……………………………………………………...… 05
I.1. Stabilité des systèmes de puissance………………………...…………………..……... 05
I.1.1. Stabilité de l’angle de rotor….…...……………………………………............ 06
I.1.1.1. Stabilité angulaire aux petites perturbations………………………...... 06
I.1.1.2. Stabilité angulaire aux grandes perturbations………………………… 06
I.1.2. Stabilité de tension …………………………………………………………..... 07
I.1.3. La stabilité de fréquence …………………………………………..………….. 07
I.2. Modélisation d'un système de puissance………….…………….……….………...…. 08
I.2.1. Modélisation d'une machine connectée à un nœud infini : modèle SMIB…. 09
I.2.2. Les correcteurs…………….…………………….…………………………….. 12
I.2.2.1. Les régulateurs de tension......….……………………………………….. 12
I.2.2.2. Les régulateurs de puissance...………………………………………….. 13
I.2.3. Équations d'état d'un système de puissance: SMIB…….……………………...….. 14
Conclusion ……………………………………………………….…………………...…..... 15
Chapitre II : Introduction à la Commande Synergétique
II.1. Introduction…………………………………………………….…………………….. 16
II.2. Principes de la commande synergétique………………………..…………………. 16
II.2.1. Synthèse de la commande synergétique………………….……………….. 17
II.3. Stabilisateur synergétique d’un système de puissance……..…………………….... 19
II.3.1. Résultat de simulation…………………………………………….….………. 21
Conclusion……………………………………………………………….……………….. 24
Chapitre III : Conception d’un Stabilisateur Adaptatif Flou et Adaptatif Flou
Synergétique
III.1. Introduction……………………………………...………………….……………….. 25
III.2. Stabilisateur adaptatif flou indirect d’un système de puissance ………..……….. 26
III.3.Stabilisateur adaptatif flou synergétique d’un système de puissance….……...….. 34
Conclusion……………...…………………………………………………………….…..… 39
Chapitre IV : Résultat et Discussion
IV.1. Introduction……………………..…….……………………………….…………….. 40

Sommaire
IV.2. Mise en œuvre d’un stabilisateur de puissance adaptatif flou …………………… 40
IV.2.1. Résultat de simulation………………………………………….……...…….. 42
IV.3. Mise en œuvre d’un stabilisateur de puissance adaptatif flou synergétique…….. 46
IV.3.1. L’optimisation par l’essaim de particules.……………….…….……..……. 47
IV.3.1.1. Mise en œuvre de l’algorithme PSO …………………….…….……..……. 49
IV.3.2. Résultat de simulation…………………………………….…………...…….. 51
IV.4. Résultat de simulation de la comparaison entre les trois stabilisateurs
SPSS, AFPSS et AFSPSS………………………………………………………………..… 57
Conclusion……………………………………………………………………………..…… 61
CONCLUSION GÉNÉRALE……….……………………………………………………. 63
Bibliographie……………………………………………………………………………….. 64

Liste des Figures
LISTE DES FIGURES
FigureI.1. Classification des différents types de la stabilité…………………………….……....... 05
FigureI.2. Représentation d'une machine synchrone et de ses réglages…………………………... 08
FigureI.3. Représentation schématique d'une machine synchrone…...…………………………... 09
FigureI.4. Modèle de la machine synchrone dans le repère de Park...………………………….... 10
Figure I.3. Représentation d'une machine synchrone connectée à un noeud infini.…….…...…… 11
Figure I.4. Modèle d'un régulateur de tension AVR ………………………………....................... 12
Figure I.5.Figure I.5. Modèle schématique d’un PSS avance/retard. ………………………….… 13
Figure.II.1. Représentation graphique de la solution de l’équation fonctionnelle pour de
différentes conditions initiales……………………………………………………………………. 18
Figure.II.2. Représentation d'une machine synchrone et de ses réglages...……………………… 19
Figure.II.3. Variation de la vitesse angulaire (1er scénario).…………..………………………… 21
Figure.II.4. Variation de la puissance électrique (1er scénario) ……….………………………… 21
Figure.II.5. Variation de la tension terminale (1er scénario) ………………………………….… 22
Figure.II.6. Variation de signal de commande CPSS et SPSS (1er scénario) ...………………… 22
Figure.II.7. Variation de la macro variable (1er scénario) …………….………………………… 22
Figure.II.8. Variation de la vitesse angulaire (2ème scénario) …………………………………… 23
Figure.II.9. Variation de la puissance électrique (2ème scénario) ……………………………… 23
Figure.II.10. Variation de la tension terminale (2ème scénario) ……………………...…………… 23
Figure.II.11. Variation de signal de commande CPSS et SPSS (2ème scénario) ……………….. 23
Figure.II.12. Variation de la macro variable (2ème scénario) …………………….……………… 23
Figure.IV.1. Les fonctions d’appartenances pour l’entrée
ω
Δ
……………….………………… 41
Figure.IV.2. Les fonctions d’appartenances pour l’entrée P
Δ
……………………….………… 41
Figure.IV.3. Variation de la vitesse angulaire (1er scénario cas1) ……………………………… 42
Figure.IV.4. Variation de la puissance électrique (1er scénario cas1) …………………...……… 42
Figure.IV.5. Variation de la tension terminale (1er scénario cas1) ………………...…………… 43
Figure.IV.6.Variation de signale de commande CPSS et AFPSS (1er scénario cas1) ………….. 43
Figure.IV.7. Variation de la vitesse angulaire (1er scénario cas2) ……………………………... 43
Figure.IV.8. Variation de la puissance électrique (1er scénario cas2) …………………………... 43
Figure.IV.9. Variation de la tension terminale (1er scénario cas2) ……………………………... 43
Figure.IV.10. Variation de signal de commande CPSS et AFPSS (1er scénario cas2) …………. 43