Importances et approches générales des prévisions de la demande en électricité

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Caractéristiques du Réseau Interconnecté d’Antananarivo (RIA)

Avant de se lancer dans les différents problèmes d’optimisation au sein d’un réseau électrique quelconque, il est logiquement utile d’en connaître ses caractéristiques électrotechniques, sa topologie et structure ainsi que les différentes procédures d’exploitation.

Délimitation et description sommaire du RIA

Le RIA constitue l’ensemble des installations électriques de la Ville d’Antanarivo et de ses périphériques allant au Sud jusqu’à Antanifotsy et Antsirabe, au sud-ouest jusqu’à Ampefy et Analavory, à l’Est jusqu’à Moramanga et au Nord jusqu’à Andranovelona selon les figures 1 et 2 ci-dessous.

En tout le RIA s’étend sur 3 régions qui sont Analamanga, Vakinakaratra et Alaotra Mangoro

Figure 1 : Localisation du Réseau Interconnecté Antananarivo (source : ORE)

Figure 2 : Description sommaire des éléments constitutifs du Réseau Interconnecté Antananarivo (source : ORE)

Structure générale d’un réseau électrique

Un réseau électrique peut être schématisé par la figure suivante :

Figure 3 : Schéma de principe de la production, du transport et de la distribution de l’électricité

• En rouge, il y a les différentes centrales de production de l’électricité dans lesquelles l’électricité est produite

• En vert, ce sont les lignes électriques de transport HT (Haute Tension) qui partent des centrales en transportant l’énergie électrique jusqu’aux postes de répartition

• En bleu et en noir les lignes de répartition et de distribution MT (Moyenne Tension) et BT (Basse Tension) par lesquelles les consommateurs se branchent pour avoir l’accès à l’électricité

On passe d’un type de tension à un autre par l’utilisation de postes de transformation HT/MT ou MT/BT comme indiqué sur la Figure 3

Les lignes de transport s’étendent généralement sur de longues distances car le combustible primaire (par exemple l’eau pour l’hydroélectrique) utilisée pour la production d’électricité dans la centrale se trouve loin des lieux de consommation. L’utilisation des tensions HT permet de limiter les pertes par effet-Joule dans ces lignes telles que :

Pertes = R x 2 , comme R est constant, et I varie inversement avec la tension U, donc l’utilisation des grandes tensions minimise I et donc ces pertes.

(T. Wildi et G. Sybille,2005) (M. Marty,2005)

Eléments constitutifs du RIA

Il y a quatre grandes catégories d’ouvrages électriques dans le RIA :

• les centrales de production,

• le poste d’Interconnexion sis à Ambohimanambola (PIA)

• les postes sources

• et enfin les différents lignes électriques qui relient tous ces éléments

Le RIA comprend actuellement :

• 17 centrales électriques : Andekaleka, Mandraka, Antelomita, Manandona, Sahanivotry, Tsiazompaniry, Sheritt Ambohimanambola, Antsirabe, Mandroseza, HFF (Henri Frise & Fils) Ambohimanambola, EDM (Electricité de Madagascar), MU (Madagascar Utility), Aggreko Ambohimanambola, Aggreko Tana-Nord, AFL Power Tana-Nord, SMTP Antsirabe

• 1 poste d’interconnexion assurant le dispatching électrique, le PIA

• 6 postes-sources s’occupant de la transformation et la distribution électrique : Mandroseza, Tana-Sud, Tana-Ouest, Ambohijatovo, Ambodivona, Tana-Nord

La notion de réseau ou d’interconnexion suppose :

 la mise en commun de toutes les unités de production et le voyage de l’électricité à partir de toutes ces unités via le PIA en transitant par les postes-sources jusqu’aux lieux de consommation

 l’utilisation d’une structure bouclée et maillée dans le réseau de répartition pour avoir une meilleure sécurité de connexion et d’accès au réseau de transport pour tous les postes sources du réseau.

Le PIA est la jonction entre le réseau HT et MT et joue le rôle à la fois d’:

• un poste d’interconnexion qui a pour rôle de gérer et d’aiguiller l’électricité provenant des centrales de production vers les postes sources (dispatching).

• un poste de transformation qui manipule des valeurs de tensions de 138kV, 63kV et 20kV

• un poste source qui gère 7 départs de distribution à 20kV

• un centre de prévision pour le RIA

Les postes sources sont des installations électriques servant :

– A la transformation puis à la distribution de l’énergie électrique vers les lieux de consommation

– A la connexion entre un autre poste source et/ou le Poste d’Interconnexion (pour obtenir une structure maillé et bouclée selon figure 4)

Les Centrales de production

Parmi les 17 centrales de production au sein du RIA, il y a six centrales hydroélectriques (CH) et onze centrales thermiques (CT).

Les Centrales Hydroélectriques (CH)

Elles transforment l’énergie de chute de l’eau en énergie mécanique dans une turbine, cette dernière couplée à un alternateur va transformer l’énergie mécanique en énergie électrique.

On peut aussi considérer deux types de CH dans le RIA :

• les CH à réservoir de retenue

• les CH au fil de l’eau

IPP (Independent Power Producers ou Producteurs indépendants d’Energie) signifie que les centrales de production sont indépendantes de la JIRAMA en personnel et en gestion.

Les Centrales Thermiques (CT)

Les CT à Gasoil et à Fuel lourd utilisent des moteurs à explosion entraînant un alternateur qui lui à son tour fournit l’énergie électrique.

Il est à noter que ces données de puissances disponibles (mises à jour en Aout 2016) de chaque centrale sont susceptibles de changements en rapport aux états très variables des matériels à disposition.

Topologie du RIA

Les différents ouvrages électriques sont agencés dans les différents étages de réseaux : les réseaux de transport, de distribution et de répartition.

Réseau de Transport 138kV et 63 kV

Toutes les centrales de production sont reliées au Poste d’Interconnexion Ambohimanambola (PIA) par des une ou deux lignes HT aériennes de 138kV et de 63kV (constituant le réseau de transport) supportées par des pylônes. Pour des raisons historiques, la centrale thermique de Mandroseza et la centrale hydroélectrique d’Antelomita sont directement couplées à 35kV à la poste source Mandroseza sans passer par le PIA. Cela est dû au fait que ces deux centrales font partie des centrales électriques les plus vieilles et à l’époque de leur mise en service le PIA n’existait pas encore. Mais comme il n’y a aucun impact au bon fonctionnement du réseau, il a été laissé comme tel sans engager des coûts supplémentaires pour faire transiter ces centrales par le PIA.

Réseau de Répartition 35kV et 63kV

C’est le réseau qui relie le PIA aux postes sources et les postes sources entre eux par des lignes de répartition à 35kV et 63kV. Il assure l’interconnexion et la répartition de l’électricité dans le RIA et forme une structure à la fois bouclée et maillée (par analogie aux mailles d’un filet).

Cette structure permet au réseau d’avoir une souplesse d’exploitation. En effet, un poste source doit être relié au moins avec deux entités :

• soit avec un autre poste source et le PIA

• soit avec deux autres postes sources.

Ce qui fait qu’un poste source peut pratiquement être toujours connecté au réseau grâce aux mailles ou aux boucles, et cela confère au réseau une meilleure sécurité de connexion en cas d’incidents dans une partie de celui-ci.

Il y a donc un concept de secours mutuel entre ces différentes entités.

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Table des matières

Chapitre I : Système d’exploitation opérationnel du Réseau Interconnecté d’Antananarivo
I.1 Présentation et organisation du Secteur de l’Electricité à Madagascar
I.2 Caractéristiques du Réseau Interconnecté d’Antananarivo (RIA)
I.2.1 Délimitation et description sommaire du RIA
I.2.2 Structure générale d’un réseau électrique
I.2.3 Eléments constitutifs du RIA
I.2.4 Les Centrales de production
I.2.4.1 Les Centrales Hydroélectriques (CH)
I.2.4.2 Les Centrales Thermiques (CT)
I.2.5 Topologie du RIA
I.2.5.1 Réseau de Transport 138kV et 63 kV
I.2.5.2 Réseau de Répartition 35kV et 63kV
I.2.5.3 Réseau de Distribution MT
I.2.5.4 Réseau de distribution BT
I.3 Exploitation et conduite du RIA
I.3.1 Conduite de Réseau au Bureau Central de Conduite
I.3.2 Conduite de Réseau au PIA
I.4 Conclusion partielle
Chapitre II : Méthodes de modélisation et de prévision à court-terme de la demande en électricité
II.1 La Demande en électricité du RIA
II.2 Importances et approches générales des prévisions de la demande en électricité
II.2.1 Importances des prévisions
II.2.2 Approches générales des prévisions
II.3 Séries temporelles ou Séries chronologiques
II.3.1 Définition et notations
II.3.2 Composantes de séries temporelles
II.3.3 Décomposition des séries temporelles
II.3.4 Démarche générale de prévisions des séries temporelles
II.4 Modèle BATS (Box-Cox Transformation, ARMA errors, Trend and Seasonal Components)
II.4.1 Transformation de Box-Cox
II.4.2 Modèle ARMA (Autoregressive-Moving Average)
II.4.2.1 Stationnarité des Séries Temporelles
II.4.2.2 Modèle auto-régressif : AR(p)
II.4.2.3 Modèle moyenne mobile : processus MA(q)
II.4.2.4 Modèle ARMA : processus ARMA(p,q)
II.4.3 Méthodes de lissages exponentiels
II.4.3.1 Description générale de la méthode
II.4.3.2 Lissage exponentiel simple (LES)
II.4.3.3 Lissage exponentiel double ou lissage exponentiel de Holt (LEH)
II.4.3.4 Lissage exponentiel de Holt-Winters à double saisonnalité et à tendance amortie (LEHWDS)
II.4.4 Caractérisation du modèle BATS
II.4.5 Caractérisation du modèle TBATS
II.4.6 Estimation des paramètres des modèles
II.4.7 Validation des modèles
II.4.8 Différentes formulations des erreurs
II.5 Acquisition, prétraitement des données et calcul des paramètres des modèles
II.5.1 Acquisition de données
II.5.2 Correction des données manquantes et aberrantes
II.5.3 Traitement des données avec R
Chapitre III : Résultats et interprétations, discussions et limites de la recherche
III.1 Modèles BATS et TBATS retenus
III.2 Prévisions calculées à partir des modèles
III.2.1 Graphes des prévisions journalières (h=43)
III.2.2 Graphes des prévisions hebdomadaires (h=301)
III.2.3 Graphes des prévisions bihebdomadaires (h=302)
III.3 Erreurs de prévisions
III.4 Paramètres des modèles
III.4.1 Paramètres du modèle TBATS
III.4.2 Paramètres du modèle BATS
III.5 Analyse des erreurs intra-échantillon des modèles :  ?
III.5.1 Erreurs du modèle BATS
III.5.2 Erreurs du modèle TBATS
III.6 Limites de la recherche
III.6.1 Prévisions associées aux jours fériés
III.6.2 Données inexploitables pour certaines périodes
Conclusion
Bibliographie
Webographie
Annexe 1 : Données de consommation d’électricité du RIA du 10-02-2014
Annexe 2 : Script R utilisé