Jean SUMAILI AKILIMALI

Mercredi 7 octobre 2009

Jean SUMAILI AKILIMALI

Current decomposition-based loss partitioning

and loss allocation in distribution systems

Thèse de doctorat en Génie Électrique

Politecnico di Torino

Torino, Italia.

Directeurs de thèse :

Prof. Gianfranco CHICCO, Prof. Enrico CARPANETO

Coordinateur du doctorat :

Prof. Mario CHIAMPI

Date de soutenance : 8 mai 2008

Résumé

L’allocation des pertes des réseaux électriques entre les producteurs et les consommateurs est une nouvelle problématique née de la restructuration du marché de l’énergie électrique. Des techniques d’allocation des pertes doivent être adoptées en vue de lancer des signaux justes au marché tenant compte de la position et des caractéristiques des charges et des générateurs sans oublier les sources locales qui constituent la génération distribuée. Les facteurs d’allocation devraient dépendre de la taille, de la position et de l’évolution dans le temps des ressources connectées au réseau. En présence de la génération distribuée, la variation des flux de puissance exige l’adoption des mécanismes à même de distinguer les contributions qui augmentent les pertes totales des celles qui les réduisent. Certaines techniques d’allocation des pertes proposées dans la littérature scientifique présentent un comportement cohérent. Cependant, leur application requiert le calcul des grandeurs supplémentaires en dehors des celles fournies par la résolution des équations de « load-flow » des réseaux de distribution utilisant l’approche du « backward/forward sweep ».

La première partie de cette thèse affronte la problématique liée à l’allocation des pertes dans les réseaux radiaux tenant compte de la génération distribuée. Elle discute, d’abord, les différences fondamentales entre l’allocation des pertes dans les réseaux de distribution avec une structure radiale et les réseaux de transmission (fortement maillés) spécifiant le traitement du nœud pivot (slack node) dans les réseaux de distributions. Ensuite, les caractéristiques des techniques marginales et celles basées sur l’analyse du circuit sont présentées et comparées entre elles en illustrant les arrangements nécessaires pour leurs applications aux réseaux de distribution avec génération distribuée. Enfin, elle discute le rôle des générateurs locaux qui participent à la régulation de tension proposant l’adoption d’un modèle réduit du système qui tient compte de façon appropriée des caractéristiques des nœuds contenant un générateur qui participe à la régulation de tension.

Une contribution importante de cette thèse est la formulation d’une nouvelle technique d’allocation des pertes basée sur la décomposition du courant dans les branches. Cette méthode a été développée essentiellement pour les réseaux radiaux avec génération distribuée. La technique proposée est appelée « Branch Current Decomposition Loss Allocation », BCDLA en sigles. Elle utilise uniquement les données du réseau et les résultats de la solution des équations de « load-flow ». Des exemples qui confirment son efficacité sont illustrés et montrent l’évolution dans le temps des coefficients d’allocation des pertes en fonction de la variation des charges et de la production des générateurs locaux.

Dans la dernière partie, les concepts liés à la répartition des pertes entre les courants des phases dans un système de distribution triphasé sont revus à la lumière des résultats obtenus. D’une façon particulière, l’existence d’un paradoxe dans la méthode classique de répartition basée sur la différence phase-par-phase entre la puissance complexe à l’entrée et la sortie a été soulignée. Les conditions pour réaliser une répartition sans paradoxe ont été établies. Les résultats relatifs ont permis l’extension de la technique proposée « BCDLA » aux réseaux triphasés déséquilibrés avec génération distribuée. Des exemples numériques sur une ligne triphasée avec le neutre mis à la terre et sur le réseau IEEE 13-nœuds sont présentés pour illustrer et discuter la nouvelle approche.

Mots-clés: Décomposition du courant de branche, matrice des admittances, matrice des impédances, techniques basées sur l’analyse des circuits, méthodes marginales, génération distribuée, réseaux de distribution, allocation des pertes, répartition des pertes entre les phases, pertes, paradoxe, réseaux triphasés déséquilibrés, générateurs qui participent à la régulation de tension.

Publications liées à cette thèse

Revues et magazines

E. Carpaneto, G. Chicco, and J. Sumaili Akilimali, Loss Partitioning and Loss Allocation in Three-Phase Radial Distribution Systems with Distributed Generation, IEEE Trans. on Power Systems 23, 3, 1039–1049 (August 2008).
E. Carpaneto, G. Chicco, and J. Sumaili Akilimali, Characterization of the loss allocation techniques for radial systems with distributed generation, Electric Power System Research 78, 8, 1396–1406 (August 2008).
E. Carpaneto, G. Chicco, and J. Sumaili Akilimali, Branch Current Decomposition Method for Loss Allocation in Radial Distribution Systems with Distributed Generation, IEEE Trans. on Power Systems 21, 3, 1170–1179 (August 2006).

Conférences

E. Carpaneto, G. Chicco and J. Sumaili Akilimali, Three-phase loss partioning in unbalanced distribution system branches, Proc. International Symposium of Electrical Engineering (ISEE 2007), Targoviste, Romania (25-27 October 2007), in Scientific Bullentin of the Electrical Engineering Faculty, Valahia, University of Targoviste, 15–20.
E. Carpaneto, G. Chicco and J. Sumaili Akilimali, Application of the circuit-based loss allocation techniques to radial distribution systems, Proc. VI World Energy System Conference, Torino, Italy (10-12 July 2006) 127–132.
E. Carpaneto, G. Chicco and J. Sumaili Akilimali, Computational aspects of the marginal loss allocation methods for distribution systems with distributed generation”, Proc. IEEE Melecon 2006, Benalmádena (Málaga), Spain (16-19 May 2006) 1028–1031.