Modeling and Analysis of Smart Grids as Cyber-Physical Systems
Modélisation et analyse des réseaux d’énergie intelligents comme systèmes cyber-physiques
Résumé
Nowadays power grids are becoming more and more intelligentdue to the integration of Information and Communication Technology (ICT)that is called "smart grid". Different Intelligent Electronic Devices (IEDs)interoperate to perform supervision, control and protection functions. Dueto the interactions between power and communication networks, the powergrid stability can be affected by the related ICT infrastructure. Therefore,it is necessary to develop modeling and co-simulation methods to describethese interactions. As, the changes in smart grid mainly occur at the distribution level, design and maintain of a reliable Substation CommunicationNetwork (SCN) is paramount important. To this end, we propose anew mathematical model that describes the SCN traffic behavior. Basedon the Box-Jenkins identiffication model, using times-series analysis methods,a data-driven-based stochastic model ARIMA(p,d,q) is provided by thisthesis. The co-simulation is a communication scenario of an electrical distribution grid containing two renewable sources in the context of a simpledistributed reactive power control. Next, the real-time performance of acommunication network is studied by estimation of the maximum messagetransmission delay through SCN. Based on the network calculus theorem, amessage distribution is modeled, and delay is then estimated for each trafficflow. The communication scenario considers a power system that supportsthe load shedding decision using a real MV/LV substation. A new identificqtion method based on the Network Calculus Theorem is proposed by this thesis, that does not need to know the flow information beforehand.All the modeling, co-simulation and identification process is performed in MATLAB®/Simulink®.
Aujourd'hui, réseaux électriques deviennent de plus en plus intelligents grâce à l'intégration de technologie de l'information et de la communication(TIC) « smart grid ». Différents Dispositifs Electroniques Intelligents(DEIs) interpolèrent de faire supervision, commande et protectionsur la réseau Communication de Sous-station (RCS). Selon des interactionsentre réseau d'énergie et communication, il est nécessaire de développerdes modèles mathématiques pour décrire ces interactions. Nous proposonsun nouveau modèle mathématique qui décrit le comportement du traficSCN. Basé sur le modèle d'identification de Box-Jenkins. Par les méthodesd'analyse de séries temporelles, un modèle stochastique ARIMA(p,d,q) basésur les données est fourni par cette thèse. D'abord, une co-simulation qui estun scénario de communication contenant deux sources renouvelables dans lecadre d'une simple commande de puissance réactive distribuée. Une benchmarkréel d'une réseau distribuée est envisagé pour la deuxième scénariodans lequel un signal de puissance active est diffusé dans le réseau. Dupoint de vue de la commande, d'un modèle mathématique total du système(système de transmission du trafic SCN) est important, donc la partiedéterministe du comportement du trafic est ajout à ARIMA. Finalement,le modèle mathématique global est fourni comme une réalisation innovantede cette thèse. En plus, des effets de certains paramètres du canal decommunication sur la modèle ARIMA sont étudiés, e.g., perte de paquets(PL), taux de canal (CHR), et longueur de câble (CL). Ensuite, comme laperformance en temps réel d'un réseau de communication est primordialepour un réseau électrique fiable, la dernière partie de cette thèse inclut une estimation du délai maximal de transmission des messages de SCN. Sur labase du théorème de calcul du réseau, un algorithme d'estimation de la distributionpuis du délai est appliqué sur le trafic de données échantillonné.Sur la base de notre choix d'un modèle analytique [156], le délai maximumest estimé dans le cas où un réseau électrique supporte la décisionde délestage en utilisant un poste MT/BT réel. L'algorithme a été fournipour un réseau de communication totalement connu, et des flux de trafictotalement connus. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelleméthode d'identification basée sur le Théorème de Calcul du Réseau pourappliquer l'algorithme indépendamment des caractéristiques des flux. Tousle processus de modélisation, co-simulation et de le identification sont réalisésur MATLAB®/ Simulink®.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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