Analyse et évaluation de la sécurité dynamique du réseau électrique par le forage des mesures synchrones

Les synchrophaseurs (Phasor Measurement Units PMUs) sont considérés aujourd'hui comme des appareils de mesure les plus importants dans l'avenir des réseaux électriques. Dans l’optique de surveiller la sécurité du réseau de transport d’énergie et spécifiquement de fournir à l’opérateur une visibilité étendue du réseau de transport (wide-area grid visibility), les synchrophaseurs ont connu une utilisation importante en Amérique du nord. Ainsi, aux États-Unis seulement, l’installation de ces appareils est passée de 166 à 1 043 de 2010 à 2014. Cette thèse a pour objectif de répondre à la problématique du procédé d’utilisation des mesures des synchrophaseurs pour tirer leur plein potentiel lors de leur intégration dans l’environnement opérationnel de la sécurité du réseau de transport. En effet, en vertu des qualités de mesure des synchrophaseurs telles que la précision, la latence et la visibilité, il y a le grand volume de données en temps réel à savoir gérer. À cet effet, une procédure systématique, en trois étapes, de développement des modèles de surveillance de la sécurité du réseau par le biais de phaseurs synchrones est proposée. Cette démarche s’inscrit dans le cadre d’apprentissage statistique. Le jeu de données analysé est extrait de la base de données EMS/SCADA d’Hydro-Québec (HQ) et s’échelonne sur quatre ans, à un intervalle d’une minute. En premier lieu, suite à une étude purement statistique de la base de données, nous avons identifié les angles de phase de tension comme prédicteurs de stabilité et en conséquence, défini des limites des angles de phase où le réseau de transport semble stable. En second lieu, avec l’algorithme des forêts aléatoires (FA), nous avons établi des modèles de prévision des marges de sécurité et des transits actifs à base des prédicteurs définis. Puis une étude complète de validation a été effectuée. En troisième abord, avec l’algorithme GLM (modèle linéaire généralisé), nous avons élaboré des modèles de prévision des angles de phase de tension en fonction de leurs états antérieurs : une heure, quatre heures ou vingt-quatre heures au préalable. Le mappage de ces angles prédits sur les modèles établis par les FA nous a permis d’anticiper l’évaluation de nouvelles valeurs limites de stabilité une heure, quatre heures ou vingt-quatre heures en avance. Notre première contribution est axée principalement sur l’utilisation d’une base de données réelle du réseau de transport d’HQ pour la conception et la validation de nos modèles. Notre deuxième contribution concerne l’utilisation des techniques de forage de données pour proposer une solution à l’évaluation rapide des limites de stabilité dynamique d’un réseau de transport. Notre troisième contribution consiste en l’identification des écarts angulaires en tant que prédicteurs de transit de puissance ainsi que des limites de stabilité dynamique associées. Par ailleurs, la quatrième contribution se résume à la conception d’une nouvelle approche reflétant le comportement dynamique réel du réseau de transport à partir des données de synchrophaseurs. Finalement, notre apport d’un point de vue économique consiste en la bonification de l’approche conventionnelle de surveillance de la sécurité dynamique par simulation avec l’apport des mesures synchronisées. Ce travail ouvre plusieurs perspectives de recherches, à savoir : généraliser l’approche adoptée à des réseaux maillés ou non ; introduire de nouvelles fonctionnalités aux écarts angulaires (réserves réactives, injections de puissance active et réactive, les barres critiques, etc.); combiner les FA avec la logique floue afin d’améliorer la prévision des angles de phase de tension ; et enfin réaliser une étude similaire pour identifier d’autres signatures de défauts