Parallel and Multistep Simulation of Power System Transients

La simulation des régimes transitoires électromagnétiques (EMT) est devenue indispensable aux ingénieurs dans de nombreuses études des réseaux électriques. L'approche EMT a une nature de large bande et est applicable aux études des transitoires lents (électromécaniques) et rapides (électromagnétiques). Cependant, la complexité des réseaux électriques modernes qui ne cesse de s'accroître, particulièrement des réseaux avec des interconnexions HVDC et des éoliennes, augmente considérablement le temps de résolution dans les études des transitoires électromagnétiques qui exigent la résolution précise des systèmes d'équations différentielles et algébriques avec un pas de calcul pré-déterminé. En tant que sujet de recherche, la réduction du temps de résolution des grands réseaux électriques complexes a donc attiré beaucoup d'attention et d'intérêt. Cette thèse a pour objectif de proposer de nouvelles méthodes numériques qui sont efficaces, flexibles et précises pour la simulation des régimes transitoires électromagnétiques des réseaux électriques. Dans un premier temps, une approche parallèle et à pas multiples basée sur la norme Functional Mock-up Interface (FMI) pour la simulation transitoire des réseaux électriques avec systèmes de contrôle complexes est développée. La forme de co-simulation de la norme FMI dont l'objectif est de faciliter l'échange de données entre des modèles développés avec différents logiciels est implémentée dans EMTP. Tout en profitant de cette implémentation, les différents systèmes de contrôle complexes peuvent être découplés du réseau principal en mémoire et résolus de façon indépendante sur des processeurs séparés. Ils communiquent avec le réseau principal à travers une interface de co-simulation pendant une simulation. Cette méthodologie non seulement réduit la charge de calcul total sur un seul processeur, mais elle permet aussi de simuler les systèmes de contrôle découplés de façon parallèle et à pas multiples. Deux modes de co-simulation sont proposés dans la première étape du développement, qui sont les modes asynchrone et synchrone. Dans le mode asynchrone, tous les systèmes de contrôle découplés (esclaves) sont simulés en parallèle avec le réseau principal (maître) en utilisant un seul pas de calcul tandis que le mode synchrone permet une simulation séquentielle en utilisant différents pas de calcul dans le maître et les esclaves. La communication entre le maître et les esclaves est réalisée et coordonnée par des fonctions qui implémentent le primitif de synchronisation de bas niveau sémaphore.