CONCEPTION DE RGULATEURS LOGIQUE FLOUE POUR LA COMPENSATION DE LA FRQUENCE DU RSEAU LECTRIQUE

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CONCEPTION DE RÉGULATEURS À LOGIQUE FLOUE POUR LA
COMPENSATION DE LA FRÉQUENCE DU RÉSEAU ÉLECTRIQUE

• M. MASIALA (John)
• Supervisé par M. Ghribi et A. Kaddouri
• Faculté dingénierie, Génie Électrique
• 2004

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PLAN

• Introduction
• Le réseau électrique
• modélisation et problématique de
  réglage de f
• La régulation par la logique floue
• structure fondamentale et
  application
• Le réglage de la fréquence du réseau
• méthodes conventionnelles et
  floues
• Conclusions et recommandations
  

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Introduction

• Réseau électrique
• Système complexe de production, transport
  et distribution de lénergie électrique
  
• Complexité
• unités de X concentrées et C dispersée
• influencé par des phénomènes aléatoires
  
• Rôle fondamental
• Équilibre permanent entre X et C

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Introduction (suite)

• Préoccupations du fonctionnement

4 Préoccupations majeures
Réglage
Conduite
Protection
Stabilité
sécurité des appareils
réglage de f et v
équilibrer X et C
couplage dynamique
Premier axe de recherche réglage de la fréquence
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Introduction (suite)

• Les stratégies de réglage

Méthodes classiques
Inconvénients
- variations des charges et paramètres -
contraintes nonlinéaires
Régulateur PI populaire, simple

• complexité des règles adaptatives
• - complexité numérique
• estimation complète du système

Structures Variables et Commandes adaptatives
COMPLÉXITÉ DE DESIGN
Systèmes intelligents
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LOGIQUE FLOUE
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Introduction (suite)

• Objectifs
• La conception des régulateurs flous pour la
  
• compensation de la fréquence sous régimes
• perturbateurs des charges et paramètres
• et sous contraintes nonlinéaires.
• Combinaison des méthodes classiques avec
• les méthodes floues

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Introduction (fin)

• Hypothèses de la recherche
• La préoccupation de la conduite est
  supposée
• satisfaite équilibre entre X et C.
• Amélioration de la qualité de X
• Les réglages de f et v sont non
  interactifs.
• Lanalyse et la modélisation de v et f
  sont
• effectuées indépendamment.

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Le Réseau électrique

• Configuration
• Composé de quatre parties majeures
• La génération
• La transmission
• La distribution (sous transmission)
• Les charges (consommation)

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Le réseau électrique (suite)

• La génération composantes
• Générateurs synchrones triphasés (GS)
  
• Turbines sources dénergie mécanique
• des GS
• Gouvernails organes de commande des
• turbines

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Le réseau électrique (suite)

• Le générateur Synchrone (GS)
• modélisation
• Du point de vue mécanique
• sous légère perturbation dPa dPméc
  dPélec
• s opérateur de Laplace
• df variation de la fréquence
• H la constante dinertie

df(s)
1 2 H s
dPméc(s)

(-)
dPélec(s)
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Le réseau électrique (suite)

• Turbine
• 2 types analysées
• Turbine à vapeur (avec et sans réchauffeur)
• Centrale thermique
• Turbine hydraulique
• Centrale hydro-électrique

Turbine à vapeur
réchauffeur
dPV(s)
1 sTrKr 1 sTr
1 1 sTt
dPméc(s)
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Le réseau électrique (suite)

• Les charges Consommation
• La puissance électrique consommée
• 
  des charges
• 
  dépendantes de f
• 
  variation des charges
• 
  indépendantes de f

dPélec dPL Ddw
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Le réseau électrique (suite)

• Contrôle automatique de la génération
• Cas du régulateur PI
• Réglage primaire nouveau point déquilibre
• fnouv
  fnom
• Réglage secondaire fnouv fnom

Régulateur PI
dPL
1 R
-
kp
GS
df
-
1 1sTg
Kp 1sTP
-
dPC
ki /s
Turbine



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secondaire
primaire
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Le réseau électrique (suite)

• Application Centrale thermique simple
• Paramètres de la centrale
• Perturbation de charge
• Régulateur PI (Karnavas 2002)

TP KP Tt
Tg R 20
120 0.3 0.08
2.4 séc Hz.pu./MW
séc séc Hz.pu.MW
dPL 0.1 p.u. MW
kP 0 et ki 0.306
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Le réseau électrique (suite)

• Réponse du système sous laction des
• régulateurs primaire et secondaire
• Le dépassement négatif (US) est
  proportionnel à la
• variation des charges du réseau

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Le réseau électrique (suite)

• Centrale thermique sous effets nonlinéaires
• à dPL 0.1 p.u.MW avec un régulateur PI

GRC 0.1 p.u./min Zone morte longueur 2d
0.0 0.2 0.4 p.u. pente
m 1.0
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Le réseau électrique (suite)

• Remarques
• Les contraintes nonlinéaires et la variation
  des
• charges limitent la performance du
  régulateur
• classique PI (à gains fixes)
• Solution Ajustement les gains en
  fonction
• des nouveaux paramètres
• Tendances la logique floue (LF)
• le réseau de
  neurones
• les commandes
  adaptatives
• les commandes
  robustes

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La Régulation par la logique floue

• Historique
• 1965 invention et première publication par
  
• Lofti A. Zadeh.
• 1970 première application industrielle
• (steam generator control)
  Mamdani
• 1980 expansion en Europe
• 1983 première application au Japon
• (subway system by Hitachi)

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La régulation
par la logique floue (suite)

• Définition
• Système expert ou à base des connaissances et du
  raisonnement humain.
• Avantages
• Émule le raisonnement et le langage
• humain dans un système physique
• Fonctionne avec des variables observées
• Tolère les demi vérités conflits
  objectifs
• Implémentation compatible avec dautres
  
• techniques de réglage (ANN, GA, CA).

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La régulation
par la logique floue (suite)

• Structure de réglage flou
• Structure de Mamdani

Base des règles
variable réelle
variable réelle
Interface de defuzzification
Interface de fuzzification
Mécanisme dinférence
variable floue
variable floue
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La régulation
par la logique floue (suite)

• Interface de fuzzification rôles
• Mesurer les valeurs des variables
  dentrée
• Convertir les variables réelles en
  variables
• floues grâce aux fonctions dappartenance

froide
chaude
DV
DV degré de vérité
normale
-20
20
0
Temp. Ext.
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La régulation
par la logique floue (suite)

• Base de règles floues
• ensemble des propositions  SIALORS  qui
• décrivent le fonctionnement dynamique
• du système
• SI température externe est froide
• ALORS tempér. interne doit être chaude
• Propriétés
• Complétude toute situation
  représentée
• Consistance sans contradiction

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La régulation
par la logique floue (suite)

• Mécanisme dinférence floue
• prise de décisions basées sur les règles floues
• Opérations fondamentales
• Sélection des règles actives
• Agrégation floue FA résultant entre 2
  ou
• plusieurs règles dans une base de
  règles.
• Interface de defuzzification
• conversion de la variable floue (à la sortie du
  régulateur) en variable réelle.

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Le réglage de la fréquence du réseau électrique

• Structures proposées

Problématique de réglage de la fréquence
Analyse et conception de 4 types de régulateurs
Régulateur PI
Régulateur Flou PD-FLC
Régulateur à 2 niveaux
Régulateur adap. flou
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Structures proposées
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Régulateur flou standard (PD-FLC)
• Structure
• Étapes de conception
• analyse du système à régler
• formation et combinaison des règles
• defuzzification

erreur
commande dentrée
ne
Régulateur Flou PD-FLC
nu
d/dt
nce
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Analyse du système à régler
• choix des variables et leur fuzzification
• Entrées erreur (e), dérivée de lerreur
  (ce)
• Sortie dPC speed changer position
• Fuzzification

NG NP ZR PP PG
NG
NP
PG
PP
1
ZR
0
-1
1
e, ce
0
-0.8 -0.2 0 0.2 0.8 dPC
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Création et combinaison des règles
• de commande
• Mode de création des règle
• expérience du concepteur
  
• Matrice des règles

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 1 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence sous dPL 0.1pu.MW
  au régime nominal de fonctionnement

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 2 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence sous dPL 0.1pu.MW
  avec une perturbation de 30 des paramètres

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 3 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence à dPL 0.05 pu.MW
  sous contraintes nonlinéaires
• GRC 0.1pu./min, 2d 0.04 pu. et m 1

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Régulateur à deux niveaux
• Avantage liberté de conception des
  niveaux
• élimination de ep due
  a la z/morte
• Structure

Superviseur
Stabilisateur
K1
ym
ym
e
e
v
yp
n
C2
C1
D(v)
P(s)




-
-
FLC
FLC Sherbiny FLC
CPI Proposé
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 4 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence à dPL 0.05 pu.MW sous
  contraintes nonlinéaires
• GRC 0.1pu./min, 2d 0.05 pu. et m 1

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application de FLC-CC dans un réseau
  dinterconnexion 2 zones de contrôle
• Modèle schématique

Zone 1
Zone 2
Centrale thermique
Centrale hydraulique
dPtie
df1
df2
Xtie
Ligne de transport (échanges commerciaux)
dPL1
dPL2
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 5 réseau dinterconnexion
• Variation de f de la zone 1 à dPL1 0.05 pu.MW et
  dPL2 0 sous contraintes nonlinéaires
• GRC 0.1pu./min, 2d 0.5 pu. et m 1

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 6 réseau dinterconnexion
• Variation de f de la zone 2 à dPL2 0.05 pu.MW et
  dPL1 0 sous contraintes nonlinéaires
• GRC 0.1pu./min, 2d 0.5 pu. et m 1

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 7 réseau dinterconnexion
• dPtie due à dPL2 0.05 pu.MW et dPL1 0 sous
  contraintes nonlinéaires
• GRC 0.1pu./min, 2d 0.5 pu. et m 1

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Réglage de la fréquence par ajustement des
  facteurs de normalisation
• GS-FLC
• Équivalent à un régulateur PI à gains
• adaptatifs
• Les facteurs de normalisations
  paramètres
• les plus sensibles dans un FLC
• Ajustements de gains technique utilisée
• pour les systèmes nonlinéaires

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Structure de réglage par ajustement
• Techniques dajustement
• Approximation linéaire ne(ce) f(KP)
  
• f fonction classique
• Logique floue ne(ce) F(KP)
• F fonction floue (mécanisme flou)

GS-FLC
e, ce
Réf
PD-FLC ne(ce) f, F(KP)
Réseau électrique
df

Observation de KP
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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 8 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence à dPL 0.01 pu.MW
• 50 KP, TP et 20 Tt, Tg, R

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Le réglage de la fréquence du réseau
électrique (suite)

• Application 9 centrale thermique
• -turbine sans réchauffeur-
• Variation de la fréquence à dPL 0.01 pu.MW
• -50 KP, TP et -20 Tt, Tg, R

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Conclusions et recommandations

• La logique floue a émergé comme un outil
  complémentaire
• aux approches classiques.
• La structure à 2 niveaux (FLC-CC) a
  permis déliminer le
• ep causée par leffet de la z/morte
  des gouvernails
• Lajustement des facteurs de
  normalisation rend le FLC
• plus robuste devant les perturbations
  des paramètres.
• Lajustement des facteurs de
  normalisation est plus robuste
• avec la LF quavec les techniques
  classiques
• Recommandations
• Optimisation des gains kP et
  ki
• Adaptation des gains kP et ki
• Réseau dinterconnexion à
  plus de 2 zones

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• Remerciements

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• Questions
• ?