Sujets d'intérêt majeur dans le domaine des energies renouvelables et de l'efficacité énergétique et familiarisation avec les derniers développements technologiques dans un ou plusieurs domaines de pointe.

Cours offert à la session d'hiver 2024 :

• Micro-Réseaux et Centrales virtuelles

Cours offert à la session d'été 2024 :

• Stockage de l'énergie connecté au réseau électrique

Les micro-réseaux électriques et centrales virtuelles

La technologie des micro-réseaux est en plein essor surtout en Amérique du Nord où le réseau électrique conventionnel n’aura plus la capacité de répondre dans le futur proche à la demande accompagnée d’une pénétration rapide des véhicules électriques, des charges modernes écologiques et des éléments variés pour le stockage propre de l’énergie. Différentes ressources sont distribuées dans ces micro-réseaux pour alimenter une étendue où les activités sont à caractère bien définie : industriel, universitaire, hospitalier, résidentiel, commercial ou autre. Comme ressources distribuées on trouve les différentes formes de sources à énergies renouvelables ou conventionnelles et différents éléments de stockage de l’énergie. Les avantages du micro-réseau se trouvent dans l’intégration flexible des énergies vertes ayant des empreintes carbones négligeables, dans l’implémentation de systèmes de compensation d’émissions de GES dues à certaines ressources et activités de ce micro-réseau, dans la possibilité d’échanger l’énergie électrique entre micro-réseaux et aussi dans la combinaison des ressources pour l’obtention de centrales électriques virtuelles. Cependant, le micro-réseau doit être muni de systèmes robustes de puissance pour résoudre les problèmes d’intermittence et de fluctuation des ressources aux niveaux de l’interfaçage, de la protection, de la conversion et du stockage. D’autre part, le micro-réseau nécessite une gestion intelligente des ressources qui doit être effectuée à travers une infrastructure fiable d’acquisition et de traitement numérique protégée contre les cybers attaques et les perturbations provenant des systèmes de puissance. Vu que la conception du micro-réseau doit prendre en considération ces deux aspects en puissance et en traitement numérique, ce cours offre deux volets de formation qui ouvrent sur:

1. la conception des micro-réseaux, des centrales virtuelles et des sous-stations numériques.
2. les stratégies de contrôle, de surveillance et de protection.

Ce cours présente donc les particularités des micro-réseaux électriques dans un contexte de réseaux électriques intelligents. Les objectifs de la formation sont :

• Connaître les différentes architectures adoptées pour le déploiement des micro-réseaux.
• Apprendre les effets de fluctuation et d’intermittence des sources sur le micro-réseau.

• Se familiariser avec les sous-stations numériques pour une meilleure gestion et protection des micro-réseaux.
• Apprendre les différentes technologies en électronique de puissance pour les micro-réseaux.
• Maitriser les techniques de contrôle hiérarchique des ressources distribuées d’un micro-réseau.
• Connaître les méthodes de protection des équipements de puissance contre les défauts dans un micro-réseau.

Le cours micro-réseau est divisé en deux parties :

La partie I porte sur les composantes et la conception des micro-réseaux et des centrales virtuelles.

La partie II porte sur la modélisation et les stratégies de contrôle, de surveillance et de protection.

La formation est assurée par deux enseignants chacun est responsable d'une partie du cours. La première partie est assurée pendant les 6 premières semaines de l’été et la deuxième pendant les 6 dernières semaines. La semaine 7 est une semaine de transition entre les deux parties du cours.

Chaque séance de formation est programmée au cours de la semaine et dure 3 heures et demie. Pendant chaque séance de cours l'enseignant présente un exposé détaillé sur les sujets à étudier, des questions clefs sont posées aux étudiants pour entretenir des discussions avec l'enseignant, et dans la mesure du possible des simulations ou des travaux dirigés sont assurés pour consolider les connaissances.

Partie I: composantes et la conception des micro-réseaux et des centrales virtuelles

Semaines 1 et 2 Chapitre 1: Vue d'ensemble sur les micro-réseaux

1.1 Les micro-réseaux dans un contexte de réseaux électriques intelligents

Simplicité, Avantages et Flexibilité

1.2 Composantes fonctionnelles d’un micro-réseau

Génération conventionnelle et à énergie renouvelable, Stockage de l’énergie, Régulation, contrôleurs et systèmes de gestion

1.3 Architectures des micro-réseaux

Architectures AC, DC et AC-DC

1.4 Modèles énergétiques déterministes et stochastiques des sources à énergie renouvelable dans un micro-réseau

Les sources éoliennes, photovoltaïques et turbines au fil de l’eau

Semaines 3 et 4 Chapitre 2 : Considérations dans la conception des micro-réseaux

2.1 Étude de cas

Micro-Réseau du Lac-Mégantic (Québec) et de Fort-Custer (Michigan): composantes, contrôle, objectifs, stockage, contrôle du PCC, produits industriels, résultats de simulation.

2.2 Îlotage du micro-réseau et synchronisation

Anti-ilotage, ilotage proactif, ilotage imperceptible, norme 1547, délestage des charges, auto-synchronisation, contrôle parallèle isochrone (grid forming)

2.3 Les centrales électriques virtuelles (CEV)

Définitions. Engagement de l’opérateur des CEV. Contrôle des CEV. Fonctions du CEV. Optimisation des opérations du CEV.

2.4 Réseaux et composantes numériques de terrain

Caractéristiques des réseaux WAN, NAN, FAN, HAN, BAN, IAN. Cybersécurité des réseaux. Caractéristiques des liaisons physiques (Ethernet, fibres optiques, WiFi, WiMax, Zigbee, 4G, 5G, Satellite…)

Semaines 5 et 6 Chapitre 3 : Sous-station numérique pour micro-réseau et centrales virtuelles

3.1 Protocole IEC 61850

Comparaison SCADA et 61850. Définition et architecture 61850.

3.2 Protocol GOOSE/GSSE (Generic Object Oriented State Event)

Diffusion multicast. Protocole de communication. Structure hiérarchique de données.

3.3 Modèle ACSI (Abstract Communication Service Interface)

Serveur. Composants logiques. Nœuds logiques. Interfaces avec les IED. Configuration des IED.

3.4 Mécanisme Publication Abonnement

Échange de messages GOOSE. Message GSE. Message de protection.

3.5 Version R-GOOSE pour la protection

Caractéristiques et avantages. UDP pour R-GOOSE. Application de protection accélérée

Semaine 7: Semaine de transition entre les deux parties du cours: 

Examen Intra sur la partie I

Introduction de la partie II

Partie II: Modélisation et stratégies de contrôle, de surveillance et de protection

Semaines 8 et 9 Chapitre 4: Modélisation des éléments de micro-réseau électrique

4. 1Distribution électriques dans un micro-réseau

4.2 Modèles électriques et mathématiques des éléments physiques d’un micro-réseau

4.3 Caractéristiques électriques des sources d’énergies renouvelables et non renouvelables

4.4 Convertisseurs de puissance

4.5 modèles de la charge

4.6 Distribution des sources d’énergie dans un micro-réseau et couplage électronique des sources

4.7 Modélisation et simulation des sources distribuées à couplage électronique

4.8 Modélisation et simulation d’un réseau à base de tension

4.9 Modélisation et simulation de l’équilibrage de puissance (Distributed Slack model)

4.10 Modélisation et simulation de VVO/CVR (Optimisation Volt-VAR) / (Conservation de la réduction de tension)

Semaines 10 et 11 Chapitre 5 : Analyse et études utilisant des modèles recommandés

5.1 Études de contrôle de tension

5.2 Études de contrôle de fréquence

5.3 Étude de stabilité transitoire

5.4 Études de coordination et de sélectivité de la protection

5.5 Études de faisabilité économique (identification des avantages, cout énergétique réduit, amélioration de la fiabilité, report d'investissement, fluctuations de puissance amélioration de l’efficacité énergétique, réduction des émissions, qualité de l’énergie études d'impact du véhicule électrique sur le réseau)

5.6Validation des exemples sur Matlab/Simulink.

Semaines 12 et 13 Chapitre 6 : Contrôle hiérarchique pour les micro-réseaux électriques

6.1 Stratégie de contrôle découplé - Niveau 1 de contrôle hiérarchique

6.2 Stratégie de contrôle pour les sources d’énergies couplées électroniquement

6.3 Stratégie de contrôle pour les sources de stockage d’énergie

6.4 Stratégie de contrôle pour le générateur diesel

6.5 Stratégie de contrôle d'un micro-réseau à plusieurs sources d’énergie

6.6 Stratégie de contrôle généralisée –niveau 2 du contrôle hiérarchique

6.7 Fonctions centralisées du contrôleur de micro-réseau –niveau 3 du contrôle hiérarchique

6.8 Validation des exemples sur Matlab/Simulink.

Conclusion et Évalustion de la partie II

la partie I du cours est évaluée comme suit: Un examen Intra noté sur 15% , un devoir noté sur 15% 

La partie II du cours est évaluée comme suit: Un projet individuel noté sur 30%

Un examen final sur l’ensemble du cours (parties I et II) noté sur 30%

Évaluation sur la participation au cours noté sur 10%

- Présentations ppt téléchargées du site du cours

- Articles proposés par l'enseignant et partagés sur le site Moodle du cours 

Les références peuvent être téléchargées du site Moodle du cours.

Une liste de documents référence sont disponibles pour chaque chapitre 

L'adresse Moodle du cours:

https://ena.etsmtl.ca/user/index.php?id=19988