Gestion intelligente des réseaux de distribution électrique à l’aide des systèmes multi-agents

Les réseaux de distribution électriques – complexité et mutations

Ce chapitre introduit les réseaux électriques avec les définitions nécessaires à la compréhension des problèmes abordés dans cette thèse. Les points relatifs à la complexité du réseau électrique, le contexte mondial de la situation électrique, la particularité du Sénégal et les nouvelles tendances sont également abordés. 

Généralités sur les réseaux électriques

Le système électrique représentant l’ensemble de la chaîne production-transport-distribution et commercialisation de l’énergie électrique est l’un des systèmes critiques parmi les plus complexes et les plus étendus d’un pays. Historiquement, un réseau électrique est divisé en trois zones d’exploitation presque indépendantes définies comme suit : • Production : producteurs centralisés, fournissant la majeure partie de l’électricité du réseau à partir généralement de sources thermiques ; • Transport : système de transport de l’Energie, permettant de transporter de grandes quantités d’Energie à haute tension sur de longues distances ; • Distribution : système de distribution d’énergie, caractérisé par des tensions plus faibles, en charge de délivrer l’Energie à des consommateurs : repartis sur une grande partie du territoire, utilisant l’énergie reçue de façon très variée ; Le choix des niveaux de tension et de la fréquence des signaux est souvent le résultat de considérations à la fois technico-économiques et historiques. Figure 1: Niveaux de tension normalisée • TBT : Très Basse Tension : inférieure à 50V • BT : Basse Tension : comprise entre 50V et 1000V • HTA : Haute Tension A : comprise entre 1000V et 50 000V • HTB : Haute Tension B : supérieure à 50 000 V .

Les centrales de production

Les centrales de production d’électricité produisent de l’énergie électrique à partir d’une autre forme d’énergie comme les combustibles fossiles, les combustibles nucléaires ou l’hydroélectricité. Les centrales de production sont reliées aux lignes de transport par l’intermédiaire de sous-stations de production avec des transformateurs élévateurs qui augmentent la tension aux niveaux du transport. Des centrales de production de petite et moyenne puissance sont également raccordées directement sur les réseaux de distribution HTA et BT. Récemment de nouvelles sources de productions ont émergés et sont plébiscités il s’agit des énergies renouvelables. Ils concernent l’utilisation des ressources naturelles comme moyen de production de l’électricité : le solaire, l’éolienne, l’énergie hydraulique, énergie géothermique, et le combustible organique (biomasse). Figure 2: Les différents type de centrale de production d’électricité conventionnel (thermique) Chapitre 1 : Les réseaux de distribution électriques – complexité et mutations  Figure 3: Les différents types de centrale d’énergie renouvelable

Le réseau de transport

La plus grande partie de l’énergie électrique est acheminée depuis les grands sites de production par le réseau de transport. Le réseau de transport est caractérisé par une tension importante justifiée par les valeurs très élevées de l’énergie à transporter (Voir Figure 4). Pour des raisons de sécurité, les réseaux de transport et de répartition sont maillés, alors que les réseaux de distribution sont en général exploités avec une topologie radiale qui permet l’utilisation de systèmes de protection simple et donc peu onéreux. La gestion des réseaux de transport est une activité mature et comprend essentiellement les aspects suivants : • Conduite des moyens de production • Conduite des réseaux de transport d’énergie • Gestion de l’architecture maillée ou interconnectée • Gestion de l’équilibre offre/demande • Fonction dispatching (Gestion temps réel : production-transport) • Placement optimal des unités de production • Assurance de synchronisation (assurer intégration unité production) • Réglage de fréquence • Sécurité N-1 : perte (ligne, transfo, groupe) = sans conséquence pour les clients Chapitre 1 : Les réseaux de distribution électriques – complexité et mutations  Figure 4: Comparaison entre les capacités de transit d’énergie et le niveau de tension [4] Figure 5: Illustration du réseau de transport haute tension du Sénégal avec bouclages projetés (2016-2020) Le réseau de transport qui est exploité en HTB est constitué de lignes haute tension (supérieure à 50 kV). Nous avons généralement plusieurs sous réseau avec des niveaux de tension différents (par exemple 225kV et 90kV au Sénégal). Le maillage du réseau permet d’alimenter chaque Chapitre 1 : Les réseaux de distribution électriques – complexité et mutations  poste source par au moins deux lignes HTB en permanence. De ce fait, la perte d’une ligne ne provoque pas de coupure du poste source puisque l’ensemble de la charge est reportée sur la deuxième ligne. Chaque poste source est équipé d’au moins deux transformateurs HTB/HTA qui se secourent mutuellement. Si un transformateur se retrouve hors service, l’ensemble de la charge du poste est reprise par le deuxième transformateur, ce qui limite considérablement le temps de coupure de la clientèle. D’un point de vue plus général, l’ensemble du réseau HTB est dimensionné et exploité en respectant la règle du « N-1 » qui garantit que le réseau est secouru en cas de perte ou d’indisponibilité d’un ouvrage important. Ce dimensionnement permet ainsi de limiter le nombre et la durée des coupures d’alimentation des utilisateurs du réseau. Figure 6: Schéma du réseau de transport interconnecté du Sénégal avec Manantali (2019) Les réseaux de transport d’électricité sont dénommés d’une manière imagée « les autoroutes de l’électricité », le réseau de distribution en étant les « rues ». 

Le réseau de distribution

Les réseaux de distribution électrique représentent un élément très important dans la chaîne de transmission du flux d’énergie électrique, qui débute dans les centrales de production et qui se termine chez des clients particuliers ou industriels. La fonction des réseaux de distribution est donc de distribuer l’énergie électrique à partir des postes haute tension vers des clients en adaptant si nécessaire le niveau de tension. Chapitre 1 : Les réseaux de distribution électriques – complexité et mutations  Le réseau de distribution comprend les postes, les lignes et les autres composants moyenne et basse tension, et dont la fonction est la fourniture au détail de l’énergie électrique. La complexité des réseaux de distribution est en général supérieure à celle des réseaux de transport. En effet un réseau de distribution peut contenir plus que 10.000 nœuds. Son étendue peut être très vaste, en kilomètres comme en nombre de lignes. A titre d’exemple, l’ensemble des lignes moyennes et basse tension en France représente une longueur totale de 1 280 000 km contre 105 000km pour le réseau de transport (8,3%). Au Sénégal nous sommes à des proportions de 25 000 km de réseau de distribution contre 2000 km pour le transport (8%). Les opérateurs sont très souvent obligés de modifier leur schéma d’exploitation pour remédier aux problèmes créés par des défauts qui entraînent un nombre de coupures très élevés. Ainsi, la gestion des réseaux ne se limite pas uniquement à la planification ou à l’entretien des ouvrages, mais demande une maîtrise profonde du comportement électrique du réseau pour l’exploiter dans ses limites spécifiées. Historiquement, l’attention accordée à la planification de la fiabilité de la distribution a toujours été proportionnelle à l’importance accordée par le niveau de tension d’exploitation des réseaux et l’accent a été mis principalement sur la production et le transport d’électricité. Il a toutefois été rapporté dans la littérature technique qu’environ 80 % des interruptions de service chez les clients surviennent en raison de problèmes dans le processus de la distribution d’électricité. Dans le cadre de la nouvelle ère de déréglementation des services publics d’électricité, l’accent a été mis sur les réseaux de distribution afin de fournir un service fiable et économique [8] Afin de faire face à cette complexité du réseau, des systèmes DMS (Distribution Management System) ont été mis au point. Ceux-ci permettent entre autres la surveillance du réseau et l’intervention automatique en cas de problèmes. Pour que ces systèmes fonctionnent de manière satisfaisante, ils doivent prendre en compte les différents régimes d’exploitation d’un réseau de distribution.