Le manuscrit est organisé en 5 chapitres auxquels sont ajoutées une introduction et une conclusion. Cette organisation a été choisie afin de guider le lecteur de la présentation de la problématique générale à la mise en œuvre de l’approche d’analyse des flux de puissances et de celle de l’estimation d’état en passant par la présentation de l’approche choisie.
Pour commencer, les généralités sur les réseaux électriques sont présentées (voir chapitre 3 page 29). Ce chapitre présente les concepts qui sont utilisés dans le manuscrit. Cela inclut notamment les formules et conventions utilisées dans les deux systèmes développés.
Deuxièmement, un état de l’art (voir chapitre 4 page 41) sur l’utilisation de systèmes multi-agents pour le Smart Grid est présenté. Ce chapitre définit tout d’abord le concept de systèmes multi-agents ainsi que les termes connexes; puis liste les précédentes études sur la réalisation de systèmes multi-agents pour le Smart Grid publiées au moment de la rédaction de ce document.
Troisièmement, la notion de système multi-agent adaptatif (voir chapitre 5 page 49) est présentée. Les lecteurs trouveront notamment des détails concernant l’adéquation fonction- nelle, la coopération et le concept d’émergence, ainsi que des explications sur la méthodologie utilisée pour développer de tels systèmes : la méthodologie Adelfe. Ainsi qu’une proposition de cadre applicatif utilisable pour certaines fonctions avancées du Smart Grid.
Ensuite, le problème d’analyse des flux de puissance (voir chapitre 6 page 65) est présenté. Le lecteur trouvera dans ce chapitre : la description et formalisation du problème, un état de l’art des solutions existantes, le système mis au point dans le cadre de cette thèse et ses évaluations.
Le chapitre suivant sur l’estimation d’état (voir chapitre 7 page 87) possède la même structure que le précédent. Le problème est d’abord présenté. Ensuite, un état de l’art est présenté et enfin les détails sur la conception et la mise en œuvre du système développé et les résultats des évaluations sont donnés.
Pour conclure, le chapitre “Conclusion” (voir chapitre 8 page 119) synthétise les solutions proposées et développe les perspectives d’amélioration des travaux en cours ainsi que les évolutions possibles pour continuer la mise en place du Smart Grid.
Ce manuscrit est à la frontière entre les deux champs: électrotechnique et informatique. Afin de lever toute ambiguïté et permettre à tous de le lire, le lecteur trouvera, dans l’annexe à la page 129, une liste des notations utilisées dans ce manuscrit.
2
Introduction
Whatever the technologies that are put in place, electrical networks are driven by physical laws and are therefore exposed to events that cannot be predicted nor avoided.
Cut in two main parts, this manuscript proposes an innovative approach to move toward the concept of Smart Grid through the resolution of two common problems in power systems: the Load Flow analysis and the State Estimation.
This introduction presents the motivations of this thesis as well as the roles that have these two points in the move toward the concept of Smart Grid and the relevance of using an Adaptive Multi-Agent System to solve complex problem. Finally, the structure of the manuscript is presented.
2.1
Toward Decentralized Production
Nowadays, most national electrical networks rely on power plants which provide electric- ity for the whole network it belongs to. This approach has been used for decades especially for the reasons that :
3 their production of energy is often independent of the meteorological conditions,
3 their capacity of production is very high,
3 and they allow to co-generate (recycle lost energy, for example to warm up a building).
Despite this, it is important to consider various negative aspects.
The first one is that centralized production requires the transmission of electricity on long distance. This leads to energy losses due to the Joule Heating Effect (the transformation of an electrical energy to a thermal one). In the case of electrical networks, these losses are particularly visible with the lines. As a part of the electrical energy is transformed in a thermal one while flowing in the lines, this energy is lost through a thermal exchange with the surrounding air and cannot therefore be used at the consumption point. The more the electrical current is high, the more the energy losses are important. To counterbalance that, large scale networks use high voltage. Thus, it is possible to transport the same quantity of powers with a lowest current and therefore less losses.
In order to open up the electricity market to the competition and to reduce greenhouse gas emissions, a group of entities (notably the European Parliament) has decided the implemen- tation of strategic changes. This has generated a progressive privatization of the electricity
production and distribution and therefore the integration of decentralized generators aiming at providing a local electricity to distribution networks. Moreover, traditional production methods generally rely on non renewable energy and currently governments encourage the use of renewable energy in a sustained development policy.
One solution to these problems can be to encourage the use of renewable energy. In order to maximize the benefit of renewable energy, it is inevitable to place this kind of generators where their production is at its maximum (windy region for wind farms, sunny regions for photovoltaic panels, ...). This obviously implies the need to move from a centralized production of energy to a decentralized one. The figure 2.1 presents the topology of a network
with five buses1and two decentralized generators as well as power flow directions through
it.
Generator Consumer Energy flow Bus
Figure 2.1: Future Network Topology