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Conception et optimisation d'un système de collecte d'énergie éolienne

Asma Mdimagh

PhD thesis (2013)

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Cite this document: Mdimagh, A. (2013). Conception et optimisation d'un système de collecte d'énergie éolienne (PhD thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/1326/
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Abstract

Resumé : Cette thèse porte sur l'étude du problème de conception d'un réseau de collecte d'énergie éolienne. Celui-ci consiste à installer les capacités sur les liens d'un réseau électrique potentiel pour acheminer au moindre coût l'énergie produite par des éoliennes vers une sous-station de transformation. L'augmentation du nombre d'éoliennes installées dans un parc éolien nécessite la conception des réseaux étendus sur plusieurs kilomètres de lignes électriques et donc des investissements importants. Face à un tel enjeu financier, l'utilisation d'outils d'optimisation de conception de réseaux s'avère capitale. Le problème de conception d'un réseau de collecte d'énergie éolienne fait partie d'une grande classe de problèmes de conception de réseaux. Mise à part sa complexité héritée de cette classe, ce dernier est sujet à une contrainte technique importante à savoir la non-bifurcation de l'énergie. En effet, les concepteurs de réseau exigent que l'énergie produite par un groupe d'éoliennes et qui est combinée sur un lien donné reste combinée jusqu'à ce qu'elle atteigne la sous-station. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur deux variantes de ce problème. La première variante consiste à installer des câbles souterrains et des lignes de transmission sur les liens potentiels du réseau électrique tels qu'un seul choix de capacité est disponible. La deuxième variante qui est plus compliquée que la première consiste non seulement à déterminer les liens qui sont utilisés pour acheminer l'énergie vers la sous-station, mais également à choisir la capacité de chaque lien utilisé, ce choix devant être fait parmi un ensemble de possibilités fixé par les concepteurs. Tous ces choix doivent être faits en prenant en considération les pertes engendrées par le transfert de l'énergie dans ce réseau. Dans les deux variantes, nous supposons que l'emplacement des éoliennes est prédéfini et qu'il est possible d'installer plusieurs liens parallèles entre deux sommets du réseau. Face à la complexité de ce problème, nous proposons des approches exactes pour la résolution des deux variantes. Plus précisément, nous commençons d'abord par développer les formulations mathématiques appropriées. Nous nous orientons ensuite vers les techniques basées sur la théorie polyédrale qui, de nos jours, sont qualifiées comme très efficaces pour la résolution de problèmes complexes en optimisation combinatoire. Nous déterminons en particulier des inégalités valides et proposons des techniques pour la génération de plans coupants. Toutes les méthodes proposées sont testées sur des exemplaires concrets fournis par notre partenaire industriel. ---------- Abstract : The aim of this thesis is to study the wind farm collection network design problem which consists of choosing a subset of edges of a potential electrical network and assigning the right capacity to each link so that the energy produced by the wind turbines can be sent to a specific sub-station at minimum cost. Designing such an electrical network incures a significant cost when building a wind farm. Therefore, it will be useful to develop efficient tools to find an optimal design in reasonable computation time. The wind farm collection network design problem belongs to a large class of network design problems which is known to be $NP$-hard. In designing a collection network, one must take an important engineering constraint into account. The energy flowing through a link is unsplittable, i.e., once the energy units produced by wind turbines and bundled on a given link these units have to remain bundled until they reach the substation. In this thesis, we will focus on two versions of this problem. The first one consists of selecting edges to install underground cables and transmission lines such that there is only one capacity for each type of link (cable or transmission line). In the second version of the problem we are allowed to install different types of capacities on the edges of the electrical network. Furthermore, power losses due to energy dissipation are accounted for when calculating the objective function. We assume that the locations of the turbines are already known for the two versions of the problem and several parallel links may be installed between two endpoints. We propose models and algorithms for the two versions of the problem. Then we discuss several ways to strengthen our models by means of valid inequalities. We also develop procedures for generating cutting planes. Computational tests performed on instances provided by our industrial partner confirm the efficiency of the proposed methods.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de mathématiques et de génie industriel
Dissertation/thesis director: Alain Hertz and Odile Marcotte
Date Deposited: 14 Apr 2014 11:15
Last Modified: 24 Oct 2018 16:11
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/1326/

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