PhD report
Topic : Electrical engineering

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Soutenance : 03 novembre 2015

ECOLE CENTRALE DE LILLE, France

Heloise DUTRIEUX

Methodes pour la planification pluriannuelle des reseaux de distribution
Application a l analyse technico-economique des solutions d'integration des energies renouvelables intermittentes



President :
Xavier ROBOAM, Directeur de Recherche, INPT-ENSEEIHT, Laboratoire LAPLACE, CNRS

Rapporteurs :
Hamid BEN AHMED, Maitre de Conferences Habilite, ENS Rennes, SATIE
Raphael CAIRE, Maitre de Conferences Habilite, Grenoble INP ENSE3, G2ELAB

Examinateurs :
Jullien BECT, Maitre de Conferences, CentraleSupelec, L2S
Manuel MATOS, professeur, Universidade do Porto, DEEC
Fabrizio PILO, professeur, Universita degli Studi di Cagliari, DIEEE

Directeurs de these :
Bruno FRANCOIS, Professeur, Ecole Centrale de Lille, L2EP
Gauthier DELILLE, Ingénieur Docteur, EDF R&D



Abstract:
Renewable Energy Sources (RES) have been intensively developed in the distribution networks since the 2000s. The integration of this generation may require network reinforcements so as to satisfy equipment capacities and meet quality and safety requirements. As these network adaptations can be expensive and take time, several alternative solutions are now being considered in order to reduce the costs of integrating RES in these situations. The use of such solutions requires modifying the network planning methods so as to analyze their techno-economic impacts. This research aims to provide a suitable framework for the study of RES-integration solutions using novel methods for the multi-year planning of distribution networks. Compared to the state of the art, the proposed approach provides the advantage of assessing the performance of these solutions in the medium/long run by considering:
1) the behavior of the distribution system operator, which is modeled as a multi-variable planning strategy,
2) the interactions between medium- and low-voltage networks, and 3) the uncertainties on the arrival of new RES.
These three points could have been addressed by applying methods of reducing computation time to the multi-year estimation of the electrical network state. The potential of the proposed approach is illustrated through the techno-economic analysis of several planning strategies including traditional solutions and/or generation curtailment. The research concludes with a first contribution to the planning strategy optimization by taking into account the uncertainties on the arrival of new RES.

Keywords:
distribution networks, renewable energy, planning, alternatives to network reinforcement.

Resume:
Depuis les années 2000, les installations de production à base d’ENergie Renouvelable (ENR) se déploient largement dans les réseaux de distribution. L’insertion de cette production peut requérir des travaux de renforcement du réseau afin de respecter les capacités constructives des matériels et des exigences de sécurité et de qualité. Ces travaux pouvant être coûteux et longs à mettre en oeuvre, plusieurs solutions alternatives sont aujourd’hui envisagées afin de réduire les coûts d’intégration des ENR dans ces situations. L’utilisation de telles solutions nécessite au préalable de réviser les méthodes de planification du réseau pour qu’elles puissent analyser leurs impacts technico-économiques. Ces travaux de recherche ont pour objet d’apporter un cadre adapté à l’étude des leviers d’intégration des ENR à l’aide de nouvelles méthodes pour la planification pluriannuelle des réseaux de distribution. Comparée à l’état de l’art, l’approche adoptée présente l’avantage d’estimer les performances de ces leviers à moyen/long terme en considérant : 1) le comportement du gestionnaire de réseau de distribution, modélisé sous la forme d’une stratégie de planification paramétrable, 2) les interactions entre les réseaux moyenne et basse tension, et 3) les incertitudes sur l’arrivée des ENR. Ces trois axes d’amélioration ont pu être abordés grâce à des méthodes de maîtrise du temps de calcul appliquées à l’estimation pluriannuelle de l’état électrique du réseau. Le potentiel de l’approche proposée est illustré via l’analyse technico-économique de plusieurs stratégies de planification incluant des leviers traditionnels et/ou des leviers d’effacement de production. Les travaux se concluent sur une première contribution concernant l’optimisation des stratégies de planification compte tenu des incertitudes sur l’arrivée des ENR.

Mots clef:
réseaux de distribution, énergies renouvelables, planification, alternatives au renforcement



Contenu :

Introduction generale
Chapitre 1 Planification des réseaux de distribution en présence d’énergies renouvelables intermittentes
Chapitre 2 Méthodes pour l’analyse de stratégies de planification pluriannuelles : mise en place d’un cadre adapté à l’étude des leviers d’intégration des énergies renouvelables
Chapitre 3 Estimation pluriannuelle de l’état électrique du réseau moyenne tension : réduction du temps de calcul
Chapitre 4 Application à l’étude paramétrique de la stratégie de planification actuelle
Conclusion generale

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Publications:

International Journal

[P1] Heloise Dutrieux Baraffe, Marjorie Cosson, Julien Bect, Gauthier Delille, Bruno Francois, A novel non-intrusive approximation method to obtain fast and accurate multi-period load-flows for distribution network planning ,
Electric Power Systems Research, Vol. 154, p. 444-451, Jan. 2018

International conferences

[C1] H. Dutrieux, G. Delille et B. Francois,
“An innovative method to assess solutions for integrating renewable generation into distribution networks over multi-year horizons”,
Proc. 23rd International Conference on Electricity Distribution (CIRED), article 1103, juin 2015.

[C2] H. Dutrieux, I. Aleksovska, J. Bect, E. Vazquez, G. Delille et B. Francois,
“ The Informational Approach to Global Optimization in presence of very noisy evaluation results. Application to the optimization of renewable energy integration strategies , “,
Proc. 47èmes Journées de Statistique de la SFdS (JDS), article 199, juin 2015.

[C3] H. Dutrieux, G. Delille, B. Francois et G. Malarange,
“Assessing the Impacts of Distribution Grid Planning Rules on the Integration of Renewable Energy Sources”,
Proc. IEEE PowerTech, article 464270, juillet 2015.