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These de Doctorat de Peng LI

Soutenances de These
Specialite : Genie Electrique

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le 19 Juin 2009

ECOLE CENTRALE DE LILLE
France


Peng LI

Formalisme pour la Supervision des Systemes Hybrides Multi-Sources de Generateurs d Energie Repartie :
Application a la Gestion d un Micro Reseau



President :
Jean-Paul HAUTIER, Professeur, ENSAM ParisTech

Rapporteurs :
Bernard MULTON, Professeur des Universites, ENS de Cachan
Jean-Claude VANNIER, Professeur, SUPELEC

Examinateurs :
Didier MAYER, Professeur, MINES ParisTech
Xavier LEPIVERT, Charge de recherche, CES-INES

Directeur de th se :
Bruno Francois : Maitre de Conferences l Ecole Centrale de Lille
Codirecteurs de these :
Benoit ROBYNS, Professeur, L2EP, HEI
Philippe DEGOBERT, Maitre de Conferences, L2EP, ENSAM ParisTech





R sum :

Un micro-reseau est un exemple prometteur d evolution d architecture de r seau qui consiste a regrouper les differents producteurs et consommateurs autour d un reseau moyenne tension. Ce systeme hybride multi-source est donc compose d au moins une unit de production de centralisee conventionnelle et eventuellement d une unite de stockage et d une unite de production basee sur des energies renouvelable. L utilisation de cette structure permet de realiser une minimisation imm diate des pertes liees au transport de l energie, une fiabilite accrue de la fourniture et une possibilite de fournir une energie d une haute qualite. Dans ce memoire, nous etudions un micro reseau reposant sur l utilisation d une turbine a gaz, d une centrale photovoltaique et d une unit de stockage base de supercondensateurs. Toutes ces sources sont coupl es au micro r seau par des convertisseurs lectroniques de puissance et sont interconnect es au gestionnaire central du micro-r seau. Des supervisions locales et une supervision centrale sont utilisees pour ce micro-reseau tudi afin de realiser une optimisation de son fonctionnement. Par consequence, la premiere partie de ce m moire est consacree a la formalisation d une methode permettant la conception systematique des supervisions locales et des dispositifs de commande des unites de production et de stockage. La seconde partie de cette these est consacree la gestion proprement dite de l ensemble de ces moyens de production et de stockage en vue d optimiser les services fournis aux micro-reseaux. Des resultats de la simulation et de l experimentation valident notre conception de la supervision du micro-reseau.

Mots clefs:

Micro-reseau, micro turbine, panneau photovoltaique, supercondensateur, supervision locale, supervision centrale, modelisation, conception de la commande, simulation.
Organisation du memoire :

Partie I Methodologie de conception des supervisions locales et dispositifs de commande des unites de production et de stockage
Chapitre I. Formalismes existants et leurs limites
Chapitre II. Representation Multi-Niveaux
Chapitre III. Systeme de production basee sur une micro turbine a gaz
Chapitre IV. Systemes de production bases sur des panneaux photovoltaiques et sur des supercondensateurs

Part II. Supervision of a micro grid by a central controller
Chapter V. Controls and operation aspects of a microgrid
Chapter VI. Operating in a grid-connected mode
Chapter VII. Operating in an islanded mode

La version complete en un seul fichier
La partie 2 sur les micro reseaux et reseaux intelligents



Method to design power control of hybrid power systems:
Application to the management of a microgrid



ABSTRACT

A microgrid is a promising future network architecture which is coupling the various generators and consumers in a distribution network. This hybrid multi-source system is composed of at least one conventional generation unit and possibly a storage unit and/or a production unit based on renewable energies. Using this structure allows an immediate minimization of the losses by the energy transport, a greater reliability of power delivery and an ability to provide a high power quality energy. In this work, we study a microgrid based on the use of a micro gas turbine, a photovoltaic array and supercapacitors. All these sources are coupled to microgrid by power electronic converters and are interconnected to a microgrid central controller. Some local controllers and the microgrid central controller are used for the studied microgrid to achieve its operation optimization. Therefore, the first part of this thesis is devoted to establish a formalism method for a systematic design of local controllers. The second part of this thesis is devoted to the management of all these production and storage units, in order to optimize the microgrid operating. Simulation and testing results validate our design of the microgrid controllers.

Keywords: Microgrid, micro turbine, photovoltaic array, supercapacitor, local controller, microgrid central controller, modeling, control design, simulation.

part II in english about microgrids and smart grids

Part II. Supervision of a micro grid by a central controller
Chapter V. Controls and operation aspects of a microgrid
Chapter VI. Operating in a grid-connected mode
Chapter VII. Operating in an islanded mode




Publications

International Journals :

[J1] P. LI, B. FRANCOIS, "Conception de la commande d une micro turbine a gaz dans un micro reseau isole en utilisant la Representation Multi-Niveaux" , European Journal of Electrical Engineering, Vol. 12, No 5-6, pp. 639-668, september 2009

[J2] P. LI, P. DEGOBERT, B. ROBYNS, B. FRANCOIS "Participation in the frequency regulation control of a resilient microgrid for a distribution network" , International Journal of Integrated Energy Systems, Vol.1, No1, January-June 2009


International conferences :

[C1] "Multi-level representation for control design of a super capacitor storage system for a microgrid connected application "
P. LI, B. FRANCOIS, P. DEGOBERT, B. ROBYNS
International Conference on Renewable Energies and Power Quality: ICREPQ 08,
Santander (Espagne), 12-14 mars 2008, 3-2008.

[C2] "Association of PV, gas micro turbine and short term storage system to participate in frequency control "
J. HERBRETEAU, V. COURTECUISSE, P. LI, P. DEGOBERT, B. ROBYNS, B.FRANCOIS
International Conference on Renewable Energies and Power Quality: ICREPQ 08,
Santander Espagne, 12-14 mars 2008

[C3] "Power Control Strategy of a Photovoltaic Power Plant for Microgrid Applications"
P. LI, B. FRANCOIS, P. DEGOBERT, B. ROBYNS
ISES Solar World Congress 2007 : SWC 2007
Beijing, China, September 18-21, 2007, 9-2007

[C4] “Reduction of fast fluctuations of power in a microgrid with super capacitors”,
P. DEGOBERT, S. KREUAWAN, P. LI, B. FRANÇOIS
ESCAP 2006,
EPFL, Lausanne (Suisse) 2006