HAL Id: tel-00393077
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00393077
Submitted on 9 Jun 2009
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution en présence de production décentralisée
Malik Megdiche
To cite this version:
Malik Megdiche. Sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution en présence de production décentralisée. Sciences de l’ingénieur [physics]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2004. Français. �tel-00393077�
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
N° attribué par la bibliothèque
|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|
T H E S E pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INPG Spécialité : « Génie Electrique »
préparée au Laboratoire d’Electrotechnique de Grenoble
dans le cadre de l’Ecole Doctorale « Electronique, Electrotechnique, Automatique et Traitement du signal » présentée et soutenue publiquement
par
Malik MEGDICHE Ingénieur ENSIEG le 13 Décembre 2004
Sûreté de fonctionnement des réseaux de distribution en présence de production décentralisée
Directeur de thèse : Nouredine HADJSAÏD
Yvon BESANGER
JURY
M. J.P. ROGNON , Président M. M. BEGOVIC , Rapporteur M. B. FRANCOIS , Rapporteur M. N. HADJSAÏD , Directeur de thèse M. Y. BESANGER , Examinateur M. D. GRIFFEL , Invité
! " ! " #
$ % &
' $ () * + ) , % - ) . +
, / .
0 #
' ' 1 * + ) , * , 2 *.+ '
1 + ' 3 , % +
0 #
' 4 1 * + ' 3 , % - ) .
+ 0 /
+ #
' - 5 / + , % - ) . +
! " * 0 #
' ! . 6. #
' ! ' + * 6 +
/ + ' $ " + * ! + ,
6467 8 , ' ! ,, +
* ! + +
9#
7
' 6. ' + " + 6 : 1 2 2 ; +
9 9 . #
* 6. / +
< + ! 2 + = ' > + 2 (2 5% ) + : = -
#
, + ! "+ +
8 9#
?
#@ -2 A!B 2 A-################################################################################################################################### @?
#C 6 ! = 6 A- )26 ! 6B 2 ! A- 2 A-- ' -2 ! 6 6462 ' 6############################################ @D
!
#C#7#@ ! , ################################################################################################################################################## @E
#C#7#C , ########################################################################################################################## @E
" # !
#C#?#@ , ######################################################################################################################################### @F
#C#?#C " ################################################################################################################################# @F
#C#?# ' ############################################################################################################################## @F
#C#?#7 0 . ############################################################################################################ @F
#C#?#? 9 , Λ ####################################################################################################################### CG
#C#?#H 9 Ψ ######################################################################################################################## C@
#C#?#D 9 , % #################################################################################################### CC
#C#?#E ; ########################################################################################################################### CC
# "-" 46 ;B" 2"2 = ! " 6B 2 ! A- 2 A-- ' -2######################################################### C7
$
$
# #C#@ " . , ############################################################################################################ C7
# #C#C " . . 0 , 9 , ################################################################### C?
# #C# , #################################################################################################################### CD
# #C#7 ############################################################################################### CF
#7 6 ' 25A! 6 ! ;B"-2 "2 A- ! " 6B 2 ! A- 2 A-- ' -2######################################### @
% &
#7#C#@ 8 , ################################################################################### C
#7#C#C 0 ########################################################################################################### C
#7#C# 0 ######################################################################################################################## 7
' "
#7# #@ ####################################################################################################### ?
#7# #C . 0 ################################################################################################################## ?
( ) * + * ,
#7#7#@ 9 I J ############################################################################################################ D
H
#7#7#C ############################################################################################################ D
#7#7# 9 ############################################################################################################# E
" - ) ( . + /
, ( 0
#7#H#@ ) ##################################################################################################################################################### 7C
#7#H#C ' . 0 ################################################################################################ 77
#7#H# * ' ######################################################################################################################## 7D
$ ) !
#7#D#@ . ############################################################################################################################ 7F
#7#D#C ' : ################################################################################################################################## 7F
#7#D# 6 ' ########################################################################################################################### ?G
#? 64-25 6 ########################################################################################################################################### ?@
#@ -2 A!B 2 A-################################################################################################################################### ??
#C 6 ! = 6 6 A')A6"-2 6 !B 6462 ' 2 ;B #################################################################### ?D
1 "
#C#@#@ ! ,, ########################################################################################################################## ?D
#C#@#C * ############################################################# ?E
"2
#C#C#@ 6 K ############################################################################################################################################### ?F
#C#C#C " * ############################################################ HG
,
#C# #@ / 9 ########################################################################################################################################### H@
#C# #C 6 * 9 #################################################################################### HC
# "-" 46 ! 6 ! " "- 6 6B 6462 ' 2 ;B ############################################################## HH ,
# #@#@ ( ######################################################################################################################################## HD
# #@#C ###################################################################################################### HE
# #@# - , % ################################################################################################## HE
# #@#7 " ########################################################################################################### HE
* 1 * ,2
#7 A')A 2 ' -2 ! B- 6462 ' 2 ;B #################################################################################### D@
3 3 *
#7#@#@ " % ################################################################################# D
#7#@#C * * ########################################################################################################################### D7
3 *
#7#C#@ , ###################################################### D7
#7#C#C * ################################################################################################## DH
#7#C# ###################################################################################################################### DD
#7#C#7 * #################################################################################################################### DD
3 3
D
#7# #@ 521 ####################################################################################################################### DD
#7# #C * 9 52"######################################################################################## EG
#7# # 9 12#################################################################################################################################### E
#? 6 =A B2 A-6 B2B 6 ! 6 6 "BL ! ! 62 1B2 A-############################################################### E
" 0 3 1 3 !
" + 1 3 1 3 !"
#?#C#@ 52" ################################################################################################ ED
#?#C#C B 9 ########################################################################## ED
#?#C# ########################################################################################################### EE
" 1 3 !2
#H 64-25 6 ########################################################################################################################################### F@
#@ -2 A!B 2 A-################################################################################################################################### F?
#C 'A! 6"2 A- ! 6B 2 ! B- 6462 ' 2 ;B ##################################################################### FH
( 3 1 * 2,
( 2!
#C#C#@ * ######################################################################################################################################## FE
#C#C#C * ########################################################################################################################################## FE
#C#C# ########################################################################################################################################## FF
3 /
#C# #@ ( ######################################################################################################################## @G
#C# #C 9 * ########################################################################################### @G
#C# # , ################################################################################################### @GE
#C# #7 * ########################################################################################################################## @GE
#C# #? ######################################################################################################### @@G
1 /
#C#7#@ , ############################################################################### @@G
#C#7#C ######################################################################################### @@@
" (
#C#?#@ ####################################################################################################################### @@
#C#?#C , , M , ######################################################################### @@7
# 6 ' 25A! 6 ! " B ! 6B 2 )AB 6 6 "BL 2 ;B 6######################################## @@H
0) ) ,
* + * !
# #C#@ ' N ################################################################################################################################### @@E
# #C#C 5. 0 ######################################################################################################################################## @C@
# #C# ######################################################################################################################################## @C@
( 0
# # #@ ' . 0 9 ) ################################################################################# @C?
# # #C ' ' ################################################################################################################# @CH
#7 64-25 6 ######################################################################################################################################### @CE
E
=#@ -2 A!B 2 A-################################################################################################################################# @
=#C -6 2 A- ! B- - "2 A- ! 6) 6 6B B- 6 "B52"##################################################### @ 7
4 0 1 56$ "
=#C#@#@ ################################################################################################################################# @ ?
=#C#@#C " . , ################################################################################################## @ D
=#C#@# . 0 ######################################################################################################################## @7G
=#C#@#7 ' . 0 'A "( ) ########################################################################################## @77
=#C#@#? ' . 0 ' ############################################################################################### @7E
4 1 1 -7 "
=#C#C#@ ################################################################################################### @?@
=#C#C#C 52" ################################################################################################### @?
=# B- " 5 2 2B -AB= ! 6 "B ! ! 62 1B2 A-########################################################## @HC
4 ,
=# #@#@ 6 ################################################################################################################################# @H
=# #@#C 6 , ########################################################################################################################### @H7
4 ( ,"
=# #C#@ ' ########################################################################################### @H?
=# #C#C ' . 0 ################################################################################### @HH
=# #C# " * ####################################################################################################################### @HF
=# #C#7 8 , ########################################################################### @DG
4 ' /
=#7 64-25 6 ######################################################################################################################################### @DC
"-- L @ ")) "2 A- ! 6 ' 25A! 6 ! 6B 2 " B- L ') 6 ') ################################################ @E
"-- L C )B 66"- '"L '" 2 "-6' 66 1 ###################################################################################### @FG
"-- L 62"1 2 ! B- '" 5 - 2AB -"-2 #################################################################################### @FC
"-- L 7 -A ' B A) -- - ?G@HG6B " ;B" 2 ! " 2 -6 A- -12#################################### CGG
"-- L ? " 2 "2 "B " A ! ' -2 ! ! - ! 62 1B2 A-############################################### CG@
"-- L H A " 6"2 A- ! ! "B2 2 ) 6 ! 6 = -52" ####################################################### CG?
"-- L D " B ! )" 2 2 A- ! 5" ######################################################################################### CGE
"-- L E '"2 ! 6 " 2 B 6 ! ! 62 1B2 A- ! B- 6 "B########################################################### C@H
"-- L F " B ! 6 2 -6 A-6 A 6 ! B- AB 2( B 2#################################################################### C@D
"-- L @G 'A! 6 ! A')A6"-2 6AB6'A "( ) ############################################################################### C@F
"-- L @@ !A-- 6 2 5- ;B 6 "2 = 6 "BL ! )" 26 GCGC 2 GDGD ############################################ CCD
"-- L @C A ! O 1B ######################################################################################################################### CCF
"-- L @ !A-- 6 A- -"-2 6 "B ! ! 62 1B2 A-12 2B! ############################################## C G
@@
* . 0
( / 9 # ,,
. 0 % * *
* P 9 + . ,
8 + * * , M %
$
, * % .
# " / + % , * & ,,
9
+
. + * 0 * 0
% + + . 0 *
* + + 9
Q + R * +
3 * # %
* 9 +
* + *
# A %
. 0 9 . + 0
% 9 . 9
% * #
! , % * +
,, , , 9 *
& . .
@ ? @FE? % 7G @FF7
D? @FE? % EG @FF7# ' +
, * 9
* + , ,
@C
, + S . 8 , 9
9 # 8 ,
. 0 CG0 0
. 0 % , , & 9 + +
8
I J ( ,
% #
9 0 + ,, * I
! " J
+ 6 +
8 ,
* * 8 , 9
52"#
0 0 ,, 8
, % 0
% * *
#
&
o 8
, . ,
8 . 0 #
o 9 0 . 0 .
. , #
o 0
N 8 #
o 0 8 % 9
+ * 52" +
12 K
#
@?
I.1 Introduction
8 , >
* # %
@F7G + , % , . 0
+ * % , . 0
, . 0 + ,
9 # 0 I J 8
, + , 3 + # )
0 + , .
. 0 +
0 % , . 0 , , , #
8 * % HG DG
S / 9 # 8
, &
o ' . #
o ' 8 , . 0 #
o A * % 8 #
o , #
! / + ,
* # !
, # A 3 >
+ , + *
, #
" 0 , 8
, + + + , 8 ,
@H
. 0 , + +
+ 9 , 9 # A
,, 8 %
. 0 + . . , ,
, # , 8
. 0 #
@D
I.2 Les divers concepts de sûreté de fonctionnement des systèmes
I , J HG , M
* I . J+ , & I
, + ,
* J# + +
, & + , , * +
* * , *
8 , . , + ,
. 0 + , , . 0
+ , . 0
, #
8 , *
, # * , + +
3 # / 8 , ,
. . 0 % , #
B . 0 , * 9#
2 . 0 , #
, . 0 &
o , % . 0 #
o . 0 + /
9 #
o . 0 9 + . 0
, # 9 &
, . 0 + 9
* , * . 0
#
@E
, . 0 , , M # ,, +
( # 6 + 9 + 0
. 0 / + (
% +
* 9 #
, 9 , , 9 #
I.2.4.1 Définition
, , I %
, J# 0 ,
, + * #
, % ,
+
, +
#
I.2.4.2 Les modes de défaillance
, ,, # )
9 + / + , *0
, /
3 ( / %
# * + + ,
,, + + 3 ,,
. 0 # , , #
, T= EEU
& I B , ,, , J#
) , % 0 +
9 0 % , #
@F
+∞
→
=G
+∞
→
=@ '
I.2.5.1 La fiabilité R(t)
, , G # ! ,
, + &
o , G % @ TG+V∞U
o
I.2.5.2 La disponibilité A(t)
, % # !
+ , , & " W # !
& " ≥ # ! ,
, % # A & ! W@(" #
I.2.5.3 La maintenabilité M(t)
) * , +
G # " &
o ' , G % @ TG+V∞U
o
I.2.5.4 Les paramètres temporels moyens
; , 0 . 8 T= EEU&
o & . , 0 , 8( 6
6 9 :
o & . 8( 6 6 ' :
o & . , 0 8( ; 6 :
o & . 8( < 6 :
+ #
o & . 9 , #
8( 6 = < 9 :
0 * @#
CG t
Première défaillance Détection de la panne
Fin de la réparation Remise en service
Détection de la panne Fin de la réparation
Défaillance Remise en service
MTTF MUT
MTTR MDT
MTBF
Etat de marche Etat de panne
!" # 3
I.2.5.5 Le taux de défaillance ΛΛΛ(t) Λ
9 *0 %
V + , G % # ,
0 ) &
G
T U
@ )
→
∆
⋅ +
= ∆
Λ panne ducomposant entretet t t sachantqu'ellen'apaseulieuentre0et t
! 0 0 T= EEU+ &
G
G T
) G
U
T )
U T
)
@
T ) T
@ )
→
∆
+
− +
→
∆
+ +
∆ ⋅
= Λ
∆ ⋅
= Λ
] ]
t t et t entre composant du
panne de pas
t et entre composant du
anne ]
t t et t entre composant du
panne
t t et t entre composant du
panne de pas
t et 0 entre composant du
panne de pas et t t et t entre composant du
panne
, , * #C#?#@ +
&
[ ]
G
@
@
@
→
∆
−
−
∆ +
⋅ −
= ∆ Λ
C@
! S &
[ ]
G
@
→
∆
⋅
∆
−
∆
⋅ +
= ∆ Λ
A &
@
@ ⋅ #
−
= Λ
) 9 9 + Λ *
* * C T= EEU#
Λ(t)
t
Période de jeunesse
Période d’usure utileVie
!" # 3
9 , I / J &
0 , 0
/ + , +
, , #
I.2.5.6 Le taux de réparation ΨΨΨ(t) Ψ
, 0 * %Λ &
G
U T
@ )
→
∆
⋅ +
= ∆
Ψ composant estréparéentre tett tsachant qu'ilétait enpanne entre0ett
, * #C#?# +
0 &
C ' #
'
@
@ ⋅
= − Ψ
CC I.2.5.7 Le taux de défaillance à la sollicitation
, , # !
+ , 9 , Λ # '
, % I J+ . 0 *
* 9 # ! + 9 , %
γ . , I J# ,
# 9 9
, 9 , &
U T
) lecomposantestsollicitéàt
⋅ γ
= Λ
I.2.5.8 Quelques relations utiles
* + . 0 , /
, I / J
, # " + , . 0 + 9
9 # 9 , Λ Wλ 9
Ψ Wµ + 0 #@ #C &
( )
= µ
= λ
− µ⋅ + λ
= λ
µ⋅ + λ + λ µ + λ
= µ
−
=
=
⋅ µ + λ
−
⋅ µ + λ
−
⋅ λ
−
⋅ λ
−
?
@ # '!2
7
@ # '21
@
!
"
@ '
#
A . " ∞ ! ∞ &
'!2 '21
! '!2 '!2
'21
" '21
= + µ + λ
= λ + ∞
µ = + λ
= µ
∞
, 0 +
. %
, + + . %
C
#
9λ µ T= EEU#
! S . * * .
, + 9 &
H
#
! µ
= λ
∞
9 9Λ Ψ * 9 %λ µ
9 ' # 9 0
8 , 9
8 ,, . #
! 9 & (
* #7#C#C#
- , 8 , +
. 0 . 0 9
. , #
9
8 , . 0 &
o . , & . 0 + +
, . 0 #
o . . , & 9 ,,
. 0 # ,, , . , ,
. 0 #
o , 8 , & , , +
9 8 9 . 0 ,,
+ 8
, # " +
, . 0 #
C7
I.3 L’analyse qualitative de la sûreté de fonctionnement
, ,
. 0 , , , #
. &
o B . 0 #
o B 9 9 ,
. 0 . 0 #
o B 9 . 8 0
. #
$ "
. , , . 0 # A ,
. 0 + K , #
,, , * . 0
, 9+ + , +
R # , . 0 9 , ,
, / 8 #
$ "
I.3.2.1 Analyse des modes de défaillance
B , , . 0 , + .
, , +
, ,, 3 # ) +
, 9 @
, . 0 # ! *
/ , + ,
, # A * , * . 0
0 + 0
+ 0 + * 9 + R %
, #
0 S ,
* * #
C?
Composant Mode de défaillance Origines de la défaillance Conséquences de la défaillance
o Ouverture intempestive
o Mesure erronée
o Problèmes dans le dispositif de déclenchement
Ouverture du circuit
o Refus d’ouverture
o Mesure erronée
o Problèmes dans le dispositif de déclenchement
Non élimination du défaut o Défaut d’isolement o Agressions extérieures
o Echauffement Court-circuit Disjoncteur
o Rupture de contact o Agressions extérieures
o Echauffement Ouverture du circuit
o … o … …
Transformateur
o … o … …
% " #
I.3.2.2 Analyse du comportement du système face aux défaillances
. 0 + ,, &
+ * . 0 + *
, . 0 + N +
* > . 0 #
, + +
9 &
o ! & + . 0 ,
# . ,
+ *
+ +R
, # , , ,
* ,
*
( + *
CH
% , %
. 0 #
o ! * . 0 & +
. 0 , +
. 0 # ) +
% , ,,
. 0 # ! * , *
, * . 0 #
. # ( +
, , 9 +
+ . 0 % ,, #
o * , & 3
. 0 / % + ,
9 # ) . 0 +
, * 9 ,
# ) + . 0
, * , + * ,
#
o ' * &
# + ,
* , , ,
. 0 # ! ,, *
9 8 9
. 0 +
#
o & , + . 0
, * # 6 , +
. 0
, # ) 9 S
* . I 1 : J + * , > #
B , > + .
#
CD
. 0 . 0 9 + S
* #
2 (
. 0 #
I.3.2.3 Combinaison de défaillances
, , + (%( 3
, , . 0 # ) +
, * #
, #
I.3.2.3.1 Défaillance d’ordre n
B 9 0 ,
* 0 , # ,
, , @+ C0
% , @
, . 0 # 6 +
* * # A %
0 * * #
I.3.2.3.2 Défaillance seconde
B , , , 0
# 0 % * ,
S , 3 , # B
9 . ,
* & % * + ( ,
* + , , 9
* ,
* * + *
* # *
#
CE I.3.2.3.3 Défaillance « cachée »
0 , #
, I J * I , J # 9 0 ,
# % , C+ , .
9 0 ,
, . 0 # ! +
* , I J ,
# " + . * * * # A
9 , I J . 0
9 & . 0 / ,
( >
/ , 9+ * I J# " +
9 * # . , % * 9
* 9 #
I.3.2.3.4 Défaillances de cause commune
* + ,
# ) , + , ,,
# 0 , ,
* , % ,, #
) % * , &
o * + + + R &
, , * # 6
, *
+ , #
o , , ,
. 0 & K
* , + * + ,
9 # ,
, S *
0 * #
CF
o + * 9 9
& %
. 0 + . 0
. 0 +
, , . 0 +
9 9 * *
+ % 8
3 0 # 8 ,
* #
! , ,, 9
, , # ' ,
* 9 # ! +
, 9 , #
, + + * 9 ,, ,
, , #
I.3.2.4 Recensement des séquences d’événements
" . , , +
,, + , * # )
#
I.3.2.4.1 L’arbre de défaillances
" + I J %
/ % 9 # A ,
% # ,
*
@+ C+ R * 2+ AB+ 2 + AB
+ 6 + R #
G ET
OU SI
E1
Événement indésirable
E2
E6
E3
E5
E4 E4
Condition
ET
E6
!" # 1
I.3.2.4.2 L’arbre de conséquences
. I J , # A
* *
/ % . 0 #
Événement initiateur
A
A
B
B
J D
D
E E
F
H
J F
C
I I
C
G G
H
!" # 1 *
) + . 0 , % ,
# " + *
* 7+ " X #
, 0
#
@
I.4 Les méthodes de quantification de la sûreté de fonctionnement
& '
8 + % ,
. 0 + . 0
8 , * ?# ) ,
8 , . 0 + , I (
, YJ# ) 9 + * . 0 S % 9
+ % , , . 0
. 0 , ,
% # " + 9 +
. 0 + % 3 .
. # B , 8
. 0 , + , 9 , . 0 #
B , . 0
0 0 #
Comportement du système
Hypothèses
• Détection des pannes
• Changement de configuration du système
• Réparation
• Remise en service après un incident
• Hypothèses de départ
• Approximations dues à la méthode Connaissance des défaillances
• Modes de défaillances
• Conséquences des défaillances
• Lois de probabilité associées aux défaillances
Objectifs
• Choix des indices de sûreté
• Choix de la modélisation
Quantification des indices de sûreté
Données de sûreté de fonctionnement Pour chaque mode de défaillance :
• Taux de défaillance λouγ
• Taux de réparation µ
!" #
C I.4.2.1 Collecte des données de sûreté de fonctionnement
8 , 0
, , + , %
. 0 # , 9 0 &
o , + %
% , . &
2 + , . &
% , # ! . +
9 , # !
. + 9 , ,
9# , * %
9 8 > #
o 9 + ,
, 9 # 9
% . 0
+ (, 0 ,,( #
, * 0
,, % , / , # ) . 0
+ 9 ,, ,
9 #
I.4.2.2 Lois de probabilité des paramètres
) + 9 ,
* * C # ) +
0 9( 9 , S
, , # " +
*( ( + ,,
# A + ,,
8 , + 9 , B +