Modélisation de l’optimisation de la fiabilité du réseau de distribution et élaboration des cibles appropriées de performance du réseau et des stratégies d’amélioration Theo Kleynhans, Dr. Clinton Carter-Brown Martin Cameron 17ème Congrès de l’UPDEA Du 28 au 31 mai 2012 Tunisie

Introduction : le défi… Exemples de questions posées par les compagnies d’électricité et les régulateurs : Quelle est la performance réseau attendue (conçue) et comment varie-t-elle par rapport à la performance réelle ? Quels réseaux ont des rendements inférieurs aux attentes, et pourquoi ? Quelles options devraient être examinées afin d’améliorer la performance, combien couteront-elles et à quelle amélioration de performance peut-on s’attendre ? Quel portefeuille d’alternatives maximiseront les avantages avec des ressources limitées ? 2017/03/26

Introduction : le défi… La présente présentation s’appuie sur l’illustration de l’application d’une approche simplifiée centrée sur la fiabilité afin d’éclairer les prises de décision stratégiques et tactiques en matière de gestion technique Pour un réseau électrique de moyenne tension à grande échelle. 2017/03/26

Artères de distribution de 11kV – 33 kV d'Eskom Un défi logistique important … 2017/03/26

Comment faire face à ce défi ? Chaque départ et le réseau intégré total doivent être modélisés dans un logiciel sophistiqué de modélisation technique (ex. Digsilent PowerFactory). Ces modèles électriques sophistiqués posent des défis ex. : Le système Eskom contient > 6800 départs MT (11kV – 33kV) Les exigences en matière de données pour les modèles électriques détaillés sont onéreuses. Les effets sur les ressources (temporelles et humaines) servant à modéliser le système de départs sont très importants. 2017/03/26

Comment faire face à ce défi ? D’où l’exigence pour une approche simplifiée qui prend en compte les trois aspects majeurs suivants : (a) la conception technique et la composition du départ même ; (b) l’environnement opérationnel auquel le départ est exposée ; (c) comment les changements à ces domaines (a + b) affecteront la performance Un processus en 8 étape a été mis en oeuvre afin d’élaborer une approche simplifiée 2017/03/26

Processus en 8 étapes pour une évaluation simplifiée de la fiabilité DIgSILENT réseau schematic Environnnement opérationnel classé Tous les départs 11kV-33kV MV classées 229 artères = échantillon de 3% > 90% d’assurance Schémas unifilaires techniques + données géographiques + données de performance 229 maquettes d'étude dans DigSilent Powerfactory + taux d’échec des composants + hypothèse s liées au temps de réponse Performance ajustée pour fiabilité des Impacts environnementaux Modèle simplifié de performance réseau Conçu + comparé aux résultats de DigSilent (80% d’exactitude ) Model Excel pour ± 6800 départs MT (11-33kV) SAIDI, SAIFI, CAIDI, RSLI 1 6 2 3 4 5 7 Appliquer le modèle aux Questions stratégiques + tactiques Performance attendue, CAPEX, OPEX etc. 8 FRT = MV/LV Transformer failure rate FRL = MV Line failure rate FRF = MV Fuse failure rate FRB = MV Breaker failure rate FRD = MV Isolator failure rate Le résultat est une approche simplifiée au moyen de laquelle pour moins de 20 % de l’effort, une réponse précise de 80 % peut être obtenue. L’approche peut être pratiquement mise en oeuvre avec un minimum de données et d’exigence de ressources 2017/03/26

Solutions pour une amélioration des performances du réseau (1) La solution prend en compte l’analyse d’un évential d’alternatives visant à améliorer les performances du réseau, y compris mais sans s’y limiter à : La topologie et les équipement du réseau : Les améliorations de la conception des départs (ex. Raccourcissement les longueurs des départs MT, utilisation de fusibles, la redondance, la densité de la clientèle etc. des MT) Ajout de réenclencheurs MT et autres automatismes de la distribution Interconnexions des lignes MT afin de faciliter les reprises de charges Fractionnement des départs MT Postes HT/MT supplémentaires 2017/03/26

Solutions pour une amélioration des performances du réseau (2) Pratiques/activités d’exploitation et de maintenance (impact à travers la réduction des taux d’échec et les temps de restauration): Action de maintenance préventive (ex. Inspections des lignes, suivi de la charge des transformateurs, assurance d’un isolement et d’une mise à la terre adéquats etc.) Elagage Groupage optimisé des ordres de travaux (peut réduire le temps de déplacement) Exploitation du réseau selon la philosophie de recherche de défaut Emplacements/localisations du centre d’appui technique (impact sur le temps de réaction) 2017/03/26

Application du modèle aux questions stratégiques & tactiques Quelques exemples de questions traitées à Eskom: Quels sont les niveaux de performance attendus du système sur la base du système modélisé ? Quelles sont les exigences potentielles en termes d’investissement afin de parvenir à un SAIDI du système de 1 ou 15 heure(s) par exemple ? Quelles sont les conséquences possibles sur le SAIDI du système, de l’extension du réseau résultant de la planification de la fourniture de l’électricitié à 1,3 millions de clients supplémentaires ? Quelles sont les implications sur les performances du système de la réduction de la longueur des longs départs MT types qui influencent le SAIDI ? Voir l’exemple suivant….. 2017/03/26

Exemple: illustration de la réduction de la longueur d’un départ dans une petite zone.. SAIDI et implications capitales du fait de diviser par deux les artères MT d’une longueur > 100 km L’exemple sur une petite zone montre comment le modèle a été appliqué à quelques artères sur la base des critères suivants : Artères dans la zone (indiquées en noir) Endroit où la longueur des artères > 100 km (indiqué en rouge) Endroit où la longueur des artères > 100 km et artère causant > 16 500 heures d’interruption par an aux clients (indiqué en vert) 2017/03/26

Exemple: Courbe d’illustration du coût de SAIDI/CAPEX .... 2017/03/26

Avantages et valeurs obtenus pour les entreprises Résultat clé pour les activités commerciales d’Eskom : Une méthodologie pragmatique visant à produire une “norme” de performance attendue pour différents types de départs MT De même que pour les départs MT pris individuellement Qui peut servir à des fins de comparaison de la performance signalée des artères ou de “référence” avec un effort relativement modeste Éclairer les prises de décisions stratégiques de gestion au regard de décisions tant opérationnelles (Opex) qu’infrastructurelles (Capex). L’approche élaborée : est de nature générique ; peut s’appliquer dans d’autres compagnies de distribution d’électricité et ce avec seulement un investissement modeste en termes de ressources et avec des informations techniques limitées. 2017/03/26

Merci de votre aimable attention End Pour de plus amples informations, veuillez contacter : Theo Kleynhans Planification du réseau de distribution d’Eskom Tél : 011 747 6552 Courriel : kleynhtr@eskom.co.za Dr. Clinton Carter-Brown (Spécialiste maison) Centre des ressources de l’association industrielle Division technologie d’Eskom Tél : 011 655 2472 Courriel : cartercg@eskom.co.za http://www.eskom.co.za Merci de votre aimable attention 2017/03/26

Diapositives supplémentaires 2017/03/26

Etape 1 : Classification de l’environnement d’exploitation Créer une classification composite de l’environnement d'exploitation 1 2017/03/26

Etape 2 : Classifier les artères MT de 11kV-33kV Exemple de classification des catégories d’artère 2 2017/03/26

Etape 3 : Approche basée sur des modèles Quelques modèles de réseaux Stratification statistique des types de départs à travers le pays 229 départs sélectionnés = échantillon de 3 % Fournit > 90 % d’échantillon d’assurance, ce qui est représentatif de la population Pour chaque modèle de départ compilé sont donnés : les diagrammes unifilaires techniques ; les données géographiques ; les données de performance. 3 2017/03/26

Etape 4 : Construire des modèles électriques Construire des modèles de Digsilent PowerFactory pour 229 artères Combinés aux taux d’échec & de réponses + réparation des équipements Calculer les indices escomptés de performance du réseau à des fins de rapport sur les ex. SAIDI (Somme des durées d’interruption de la fourniture d’électricité aux clients/Nbre de clients servis [heures par an]) 4 2017/03/26

Etape 5: Facteurs ajustés pour l’environnement d’exploitation Prévoir les impacts en termes d’environnement d’exploitation 5 Source : Service de météorologie sud-africains Densité du flash de la foudre sur la terre Végétation Pollution corrosive Source : Département recherche et innovation d’ESKOM (ERID) du Dr Wallace L Vosloo Carte des biomes d’après les données de CSIR sur les types de végétation 2017/03/26

Etape 6 : Modèle simplifié de fiabilité conçu Concevoir un modèle simplifié de performance du réseau 6 Informations sur les composantes du réseau appliquées dans les algorithmes : #LLFDR = longueur totale des lignes MT [en km] #TrfrsFDR = No. de transformateurs MT/BT sur les départs #FusesFDR = No. de fusibles MT sur les départs #DiscsFDR = No. d’interrupteurs MT sur les départs #BrkrsFDR = No. de coupe-circuits & de disjoncteurs MT #CustTotal = No. de clients desservis sur les départs SubstFDR = impact du type de poste sur les départs Des taux d’échec ont été appliqués pour les principales classes d’équipements Mesurés par rapport aux résultats de DigSilent Erreurs SAIDI : 50 % des modèles de départs < 30 % erreurs 80 % des modèles de départs < 45 % erreurs 2017/03/26

Etape 7 : Modèle appliqué sous Excel Construire un modèle Excel Model pour ±6800 départs MT (11-33kV) Rapport sur SAIDI, SAIFI, CAIDI, RSLI Diverses variables financières (recettes, coût d’énergie non-fournie, exigences en termes de capitaux etc.) Divers rapports et tableaux de bord de performance afin d’aider à l’analyse Capacité de visualisation renforcée du SIG (MapWindow) pour un contexte spatial 7 2017/03/26

Exemple 2 : Approche visant à orienter le foyer opérationnel... Approche fondée sur la fiabilité – Principe de base sous-jacent : Comparaison de la performance attendue en termes de « conception » réaliste (ajusté pour un environnement opérationnel) relatif à la « Performance » opérationnelle. 2017/03/26

Exemple 2: Concept de performance et de foyer de conception… Filtre 2a – Ecart de l’estimation de la norme de performance attendue (SAIDI & SAIFI) Filtre 2b – Ne soutient pas la norme de conception estimée et attendu i.t.o. du régime de SAIDI (bien que conforme à la norme de performance estimée attendue) Questions liées aux données – régler et revenir au nombre Résultats du filtre ajustés en fonction Nombre d’artères DX MT (11- 33 kV) Filtre 0 Règles de base de validation des données Filtre 1 Contribution aux heures de SAIDI Autorisation à la Partie en charge de l’élément données PAS un participant majeur à SAIDI participant MAJEUR à SAIDI GRAND participant à SAIDI & à l’i.t.o extérieur tant la performance attendue de SAIDI que de SAIFI & ne soutenant pas le régime de SAIDI du point de vue de la conception, mais conforme à la norme de conception pour SAIDI & SAIFI Préoccupations relatives aux données de base Objectif de planification du réseau Capex Foyer de Performance Performance (1er) Foyer de conception (2nd) Foyer de conception Combinaison requise – mais régler d’abord les questions opérationnelles avant la mise en oeuvre de l’objectif de planification du réseau Capex Participant MAJEUR à SAIDI & extérieur à la fois à la performance de SAIDI et SAIFI et ne soutenant pas l’i.t.o. du régime de SAIDI, du point de vue de la conception Cible opérationnelle & de remise en état 2017/03/26