Novel approaches to optimize and mitigate the impact of high penetration level of electric vehicles on the distribution network

Résumé

Ces dernières années, l'intégration des véhicules électriques (VEs) sur le réseau de distribution a fait l'objet de plusieurs études approfondies. L'une des principales préoccupations est que les VEs consomment beaucoup d'énergie pendant une courte période, lorsque la plupart d'entre eux sont connectés simultanément pour charger leurs batteries même s’ils ne sont pas utilisés (pendant la nuit ou pendant les heures de travail). Par conséquent, si les problèmes de la charge simultanée ne sont pas résolus, des charges de pointe indésirables peuvent apparaître sur le réseau de distribution. C’est la raison pour laquelle la recherche se concentre actuellement sur des algorithmes d’optimisation et de contrôle à exécuter à différents niveaux du réseau. Étant donné que le nombre de véhicules électriques augmente considérablement, la demande en énergie pendant des périodes spécifiques de la journée causerait de graves problèmes sur le réseau. En fait, une demande de pointe élevée peut réduire de manière exponentielle la durée de vie des transformateurs et endommager certains équipements du réseau. Les conséquences peuvent être une grave chute de tension et des coupures de courant dans certaines régions ou sur l’ensemble du réseau. Pour résoudre ce problème, de nombreuses études ont été menées dans le but de réduire l’impact de l’intégration des véhicules électriques sur le réseau. Leur principal objectif était de limiter la demande de pointe créée par les véhicules électriques afin de protéger le réseau de distribution de tout dommage. Pour ce faire, de nombreuses techniques et stratégies d'optimisation ont été utilisées. L'objectif principal de l'utilisation de ces techniques est de planifier la charge et la décharge des VEs pendant leur période de connexion, au cours de laquelle leur charge sera décalée vers des périodes où la demande sur le réseau est faible. À cette fin, les programmes de réponse à la demande (PRD) sont utilisés pour inciter les utilisateurs à consommer lorsque les prix sont bas et à réduire leurs consommations lorsque les prix de l’électricité sont élevés. Comme son nom l’indique, le PRD utilise des modèles d’offre et de demande pour établir le prix de l’électricité en fonction de la consommation électrique de l’utilisateur et de l’énergie disponible générée par le service public. Le prix de l’électricité peut varier dans le temps et, dans les périodes de consommation élevée, il sera élevé afin de permettre aux utilisateurs de transférer leur consommation à d’autres périodes où le prix de l’électricité est moins cher. Cette stratégie aidera le fournisseur d’électricité à mieux contrôler la demande des utilisateurs et à réduire la charge pendant certaines périodes de la journée. Malgré les avantages d'utiliser le PRD pour contrôler la demande totale de charge sur le réseau de distribution, ce programme reste limité par sa réponse à long terme (tarification d'un jour à l'avance, paramètres de durée d'utilisation prédéfinis pendant une saison, etc.). Par conséquent, un PRD est utile lorsque le temps de réponse n’est pas un problème critique, c’est-à-dire lorsque les pertes doivent être réduites, les dépenses des clients doivent être minimisées ou les avantages pour l’opérateur doivent être maximisés. Un PRD ne peut éliminer aucune variation soudaine de la charge susceptible de provoquer une panne d'électricité, des dommages aux composants ou même une réduction de leur durée de vie. Les recherches ont en effet suggéré plusieurs méthodes pour trouver des solutions rapides afin d'éviter tout phénomène technique ou économique indésirable sur le réseau. La revue de la littérature montre que les études existantes offrent une solution partielle du problème. On constate que les résultats publiés montrent une amélioration des problèmes techniques, économiques ou d’implémentation, mais à notre connaissance, les approches existantes ne peuvent pas trouver une solution optimale globale considérant tous les aspects de la distribution électrique (tarification, maintenance, satisfaction des clients, pertes techniques, stabilité, disponibilité, etc.). L’approche suggérée a une vision plus large du problème, car (a) elle considère la pénétration des VEs à différents niveaux du réseau, (b) elle considère aussi si l’infrastructure du réseau est classique ou modernisée, (c) elle prend en compte la durée de vie des transformateurs de distribution, (d) elle minimise les pertes et introduit un algorithme collaboratif pour trouver la solution optimale. Des études comparatives montrent les avantages de l’approche suggérée par rapport aux approches existantes. Les principales conclusions de cette thèse peuvent être résumées comme suit (i) la charge totale demandée au transformateur respecte sa limite, ce qui augmentera sa durée de vie, (ii) le profil de tension respecte les limites du réseau et la capacité des transformateurs, (iii) les pertes d’énergie sur le réseau sont réduites, (iv) le coût d’amortissement du réseau est réduit, (v) les revenus du gestionnaire de réseau et de distribution d'électricité sont augmentés, (vi) et enfin les utilisateurs sont satisfaits, car les stratégies proposées les aident à réduire leurs coûts en électricité. Par conséquent, les utilisateurs et le fournisseur d'électricité sont satisfaits.

Date	8 juil. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ambrish Chandra (Directeur(-trice)) & Maarouf Saad (Codirecteur(-trice))