Dissertationen zum Thema „Réseaux électriques industriels“

Les réseaux électriques industriels sont des micro-réseaux se trouvant au prolongement du réseau de distribution auquel ils se raccordent via un ou plusieurs transformateurs. Aujourd’hui dans ces micro-réseaux, on assiste à une croissance de l’utilisation de l’électronique de puissance pour les alimentations à découpage, les moteurs alimentés par des variateurs de vitesse, les ASI en amont des charges sensibles et les compensateurs d’énergie. Néanmoins, si certaines précautions ne sont pas prises, ces éléments risquent d’affecter fortement la stabilité du système particulièrement en mode de fonctionnement îloté où la puissance disponible est limitée. Dans cette thèse, différents facteurs contribuant au départ de l'instabilité sur un micro-réseau sont étudiés et des solutions pour repousser la limite de stabilité sont proposées. D’abord, les études de stabilité petit-signal sont utilisées pour connaître les paramètres affectant le plus la stabilité du système, et les études large-signal sont plutôt utilisées à des fins de quantification des perturbations que peut subir le système sans devenir instable. Ensuite, un stabilisateur indépendant sur le modèle du FACTS et un stabilisateur qui agit directement par les charges du micro-réseau ont été proposés. Plusieurs lois de stabilisation sont étudiées, basées soit sur les retours d'état petit-signal, soit sur des outils large-signal. Enfin, l'emplacement optimal des stabilisateurs sur un micro-réseau a été étudié. Un dernier point concerne le choix de l’intelligence centralisée ou répartie pour la stabilisation
Industrial power grids are micro-grids connected to the distribution grid via transformers. Recently in these micro-grids, there is a growth in the use of power electronic devices for switch mode power supplies, variable speed drives, UPS, critical loads and energy compensators. Nevertheless, if certain precautions are not taken, these devices may significantly affect the system stability especially in islanded operating mode where the available power is limited. In this work, main causes of instability in micro-grids are studied and solutions to improve the stability margins are proposed. First, small-signal stability analysis tools are applied to identify most sensitive components of the system. Then, large-signal tools are used to estimate the domain of attraction of the stable operating point leading to quantify allowable disturbances. Afterward, a dedicated stabilizer similar to FACTS and another stabilizer taking action directly on loads are proposed. Several stabilization laws are studied, based on either small-signal design tools, or on large-signal tools. Finally, the optimal placement of distributed stabilizers in a micro-grid was studied. A final point concerns the choice of centralized or decentralized computers for stabilization

La thèse présente l'étude et la réalisation d'un filtre actif modulaire adaptable sur tous les types de réseau industriel basse tension équilibré ou pas. Le filtre actif que nous avons développé est de type parallèle, utilisable pour la compensation des courants harmoniques jusqu'a 3 kHz environ quel que soit la configuration de la charge (monophasée, triphasée, équilibrée ou non, avec ou sans neutre). La modularité du filtre actif (possibilité de fonctionner en monophasé) est donnée par la gestion indépendante des courants de sortie de chaque phase du filtre actif. L'analyse théorique du filtre actif nous a permis de définir une approche systématique du dimensionnement des composants le constituant et d'en définir ses performances dynamiques. Les résultats de simulation (avec le logiciel psim) nous ont permis de valider la théorie et de réaliser un prototype de taille industrielle 20kva-400v. L'étude expérimentale nous a montré la parfaite cohérence entre les différents résultats théoriques et expérimentaux. Nous avons aussi réalisé un filtre actif à commande numérique (dsp tms320c30). La comparaison des performances entre les deux versions de filtre actif, nous a montré une nette supériorité de la version analogique quant a la capacité de réduire les harmoniques.

Les convertisseurs statiques absorbent des courants non sinusoïdaux et consomment généralement de la puissance réactive. Ces deux phénomènes nouveaux sur le réseau ont engendré un certain nombre de perturbations allant du dysfonctionnement d'un équipement jusqu'à la destruction d'une partie des équipements connectés. Dans cette thèse, les problèmes liés aux perturbations générées par les convertisseurs statiques ont été étudiés et des solutions visant à les éliminer ont été présentées. Elles portent sur les méthodes de filtrage passif et actif. Quelques éléments de définition et de dimensionnement de filtres passif sont donnés. Le filtrage actif est ensuite traité. Les deux structures courant et tension sont étudiées et la structure tension a été retenue. Différents principes de contrôle du filtre actif à structure tension ont été présentés. La méthode d'identification des harmoniques par le principe de calcul des puissances active et réactive instantanées donne des résultats satisfaisants. Le contrôle par hystérésis et par MLI a été étudié. Différentes MLI sont présentées et leur influence sur le dimensionnement du filtre actif est étudiée. Des simulations numériques ont été réalisées. Une comparaison des résultats obtenus avec les méthodes de contrôle par hystérésis et MLI a été faite. Enfin, une maquette expérimentale de 100 KVA a été réalisée et testée sur un site industriel. Les essais de la maquette ont montré de bonnes performances du filtre actif à G. T. O. Le filtrage en tension d'un jeu de barres perturbé par un convertisseur de 5 MVA connecté sur un réseau amont a pu être également réalisé

Dans cette thèse, les mesures de tension fournies par l'infrastructure de comptage avancé (Advanced Metering Infrastructure, AMI) sont utilisées pour contrôler un régleur en charge situé à la sous station HTA/BT. La thèse présente une méthode simple permettant de sélectionner les clients basse tension pour lesquels les mesures de tension sont utilisées comme une entrée au contrôleur du régleur en charge. Le procédé mis au point tient compte de la charge et de la topologie du réseau. En outre, une méthode simple pour créer des courbes réalistes et statistiquement correctes pour les études de réseaux est présenté. Les méthodes créées ont été testées en utilisant des données réelles de réseaux basse tension sur un logiciel très utilisé dans le secteur de la distribution d'électricité ont conduit à des résultats encourageants; quelques clients par réseau basse tension doivent être surveillés afin d’estimer avec une grande précision où se situe les extremums de tension sur le réseau.Cette méthodologie est également utilisée pour estimer la capacité d'accueil de génération d'énergie photovoltaïque dans un réseau à basse tension donné.Dans la première partie, l'évolution de la capacité d'accueil en utilisant trois types de contrôle de tension différents; un régleur en charge de cinq et neuf positions et le contrôle de la tension à travers les générateurs photovoltaïques, sont étudiés. L'étude considère deux cas différents pour le placement et le dimensionnement des générateurs photovoltaïques dans un réseau basse tension. Les résultats sur 38 réseaux basse tension sont fournis.Dans la deuxième partie, les capacités d'accueil de 631 réseaux basse tension, situés dans une région métropolitaine française, sont analysés en utilisant un régleur en charge de cinq et neuf positions.Le travail a été réalisé en collaboration avec Électricité Réseau Distribution France (ERDF), le principal opérateur du réseau de distribution français. Toutes les études présentées dans la thèse reposent sur les données réelles de fonctionnement normal. En outre, toutes les études sont mises en œuvre sur un logiciel largement utilisé dans l'industrie de la distribution d'énergie.Comme une partie introductive aux réseaux basse tension, la thèse fournit une vue générale sur le système électrique français. De plus, la thèse présente un certain nombre de technologies sélectionnés en tenant compte des réseaux basse-tension qui semblent prometteurs pour le futur
In this thesis, voltage measurements provided by the advanced metering infrastructure (AMI) are used to control an on-load tap changer located at the secondary substation. The thesis presents a practical and a straightforward method of selecting the low voltage customers whose voltage measurements are used as an input to the controller of the on-load tap changer. The developed method takes into account the load and the topology of the network. Furthermore, a simple method of creating synthetic and statistically correct load curves for networks studies is presented. The created methods have been tested by using real data of low voltage networks on a common platform in the power distribution industry leading to encouraging results; a few customers per low voltage network should be monitored in order to achieve accurate voltage measurements.This methodology is further applied to estimate the hosting capacity of photovoltaic power generation in a given low voltage network.In the first part, the evolution of the hosting capacity by using three different types of voltage control; an on-load tap changer of five and nine tap positions and voltage control through photovoltaic power generators, is studied. The study considers two different cases for placing and sizing the photovoltaic generators in a low voltage network. The results of 38 low voltage networks are provided.In the second part, the hosting capacities of 631 low voltage networks, located in a French metropolitan area, are analysed by using an on-load tap changer of five and an on-load tap changer of nine tap positions.The work has been together with Électricité Réseau Distribution France (ERDF), the major French distribution system operator. All studies presented in the thesis are based on the real operational data of the company. Moreover, all studies are implemented on a platform that is widely used in the power distribution industry.As an introductory part to low voltage networks, the thesis provides a general view about the French power system. In addition, the thesis presents a number of selected technologies considering low voltage networks that seem promising in the future

L'analyse de la qualité de l'électricité est une demande qui s'est vue augmentée au cours des dernières décennies. Les creux de tension sont les perturbations les plus fréquentes et les plus impactantes dans les réseaux électriques industriels, entraînant des pertes financières importantes pour les clients industriels. Le cœur de ce travail de thèse est dédié à la classification des causes de creux de tension ainsi qu'à leur localisation relative par rapport au point de mesure principale. L'algorithme développé utilise les formes d'onde de tension et de courant comme entrées pour identifier les causes des creux de tension dans les réseaux industriels BT. La solution est basée sur des signatures de séries temporelles quadridimensionnelles, obtenues par l'application de la transformée de Fourier court terme (STFT) et de la transformée de Fortescue. La source d'un creux de tension est identifiée à l'aide d'une stratégie de classification basée sur la distance avec une mesure basée sur l'algorithme Dynamic Time Warping (DTW). En outre, l'algorithme soft-DTW est utilisé pour réduire la taille de la base de signatures d'apprentissage, augmentant ainsi la vitesse de classification. Les performances de la méthode ont été analysées en termes de séparabilité des classes, d'efficacité de la prédiction (précision et robustesse au bruit) et de sensibilité aux variations de la fréquence fondamentale. La méthode est robuste aux niveaux de bruit jusqu'à un SNR = 15 dB et aux variations de fréquence fondamentale jusqu'à +/- 0.5 Hz. De plus, un indice de confiance sur la prédiction est proposé, augmentant la fiabilité de l'algorithme. Le système offre une mise en œuvre facile en milieu industriel sans avoir besoin de données enregistrées au préalable. La méthode présente l'avantage d'utiliser une base de données de référence de taille réduite, entièrement composée de données synthétiques. Les principaux avantages de la méthode proposée sont ses capacités de généralisation et la possibilité de déclencher une alerte basée sur l'indice de confiance. La précision de classification obtenue sur des données synthétiques comportant sept causes est de 100%. La méthode atteint également un F1-score supérieur à 99% avec des mesures terrain représentant cinq classes sur trois sites industriels différents. Enfin, nous étudions également l'impact des creux de tension sur les équipements industriels. Nous proposons une méthodologie pour estimer la composition de charges déconnectées suite à un creux de tension. Les résultats ont montré des limites en termes d'interaction harmonique entre les charges. Ces limites sont discutées et plusieurs propositions sont faites pour améliorer la méthode
The demand for power quality analysis has increased over the past decades. Voltage sags are the most frequent and impactful disturbances in industrial power grids, leading to high financial losses for industrial clients. The core of this thesis work is dedicated to the classification of voltage sag causes and their relative location to the monitoring point. The solution uses voltage and current waveforms as input to identify the causes of voltage sags in LV industrial grids. The methodology is based on four-dimension time series signatures, obtained through the application of the Short-Time Fourier Transform (STFT) and the Fortescue Transform. The source of a voltage sag is identified using a distance-based classification strategy with a custom distance measure based on the Dynamic Time Warping algorithm (DTW). In addition, the soft-DTW algorithm is used to reduce the size of the signature training database and increase speed. The performance of the method was analyzed in terms of class separability, prediction efficiency (accuracy and robustness to noise), and sensitivity to fundamental frequency variations. The proposal is resilient regarding noise levels up to an SNR = 15 dB and fundamental frequency variations up to +/- 0.5 Hz. Moreover, a confidence index on the prediction is proposed, increasing the algorithm's reliability. The proposal offers an easy implementation in industrial applications with no previous recorded data. It has the benefit of using a reduced-size reference database, entirely composed of synthetic data. The main advantages of the proposed method are its generalization capabilities and the possibility of raising an alert based on the confidence index. The obtained classification accuracy on synthetic data with seven causes is 100%. The method reaches a classification F1-score higher than 99% with field measurements representing five classes obtained from three different industrial sites. Finally, we also study the impact of voltage sags on industrial equipment. We propose a methodology to estimate the self-disconnected load composition following a voltage sag. The results showed some limitations in terms of harmonic interaction among the loads. Some of the limits of this approach are discussed, and several proposals to improve the load composition estimation for future work are made

Ce mémoire de thèse comprend trois parties, formées chacune de deux chapitres. La première partie est consacrée aux évolutions réglementaires
récentes dans le secteur électrique, leurs modalités et leurs enjeux. La seconde traite des questions d'efficacité tarifaire des prix d'accès. La troisième enfin aborde la question de la réglementation et, plus généralement, de la régulation d'un système électrique ouvert.
Le premier chapitre vise à décortiquer in concreto les relations de dépendance mutuelle, d'interpénétration entre les considérations économiques et les considérations extra économiques (i.e. réglementaires au sens large ou même politiques) dans l'organisation industrielle traditionnelle (on peut parler de modèle) du secteur électrique dans les sociétés développées.
Nous analysons le rôle essentiel du couple interconnexion/ intégration dans cette organisation.
C'est cet équilibre complexe qui est globalement remis en cause par les évolutions réglementaires récentes, auxquelles est consacré le deuxième
chapitre. La perspective adoptée dans l'analyse nous permet d'expliciter les principaux enjeux de ces évolutions : promotion de l'efficacité économique
(au sens large) ; préservation des conditions d'exercice de différentes missions 'de service public' (ou 'd'intérêt économique général'). Nous tentons de
préciser le plus finement possible les termes économiques dans lesquels ces enjeux se présentent aux réglementeurs du secteur électrique.
Le troisième chapitre débute l'étude plus normative du problème des prix d'accès. La notion de coût marginal de court terme de transport, qui
soulève ici des problèmes conceptuels inusités, y est présentée et discutée. Nous étudions en particulier les limitations à l'efficacité de ces coûts
marginaux qui résultent de la présence d'externalités, de problèmes informationnels et de l'existence de coûts de transaction.
Nous poursuivons cette démarche dans le quatrième chapitre, en étudiant d'une part les conséquences pratiques en termes d'efficacité des indivisibilités dans les fonctions de coût de réseau, et d'autre part celles de la variabilité-imprévisibilité des coûts marginaux de court terme de transport.
Nous proposons différents critères et principes pour limiter en pratique les inefficacités induites.
Dans le cinquième chapitre, nous abordons le problème de la réglementation sous un angle plus concret que ne le font les modèles théoriques, et en tenant compte des principales interdépendances entre les coûts de production et les coûts de réseau. Nous insistons sur les aspects du problème spécifiques à l'électricité (par rapport aux modèles théoriques généraux).
Le sixième chapitre est consacré à une discussion moins formalisée de l'équilibre réglementaire à long terme nécessaire à la régulation d'un système
électrique ouvert. Il met en perspective certaines pratiques réglementaires observées. Il pose la question essentielle de l'arbitrage entre consommateurs 'domestiques' et industriels.
Enfin la conclusion récapitule l'essentiel des résultats de l'étude, en évalue la portée et propose des voies de recherche

Ce mémoire de thèse comprend trois parties, formées chacune de deux chapitres. La première partie est consacrée aux évolutions réglementaires récentes dans le secteur électrique, leurs modalités et leurs enjeux. La seconde traite des questions d'efficacité tarifaire des prix d'accès. La troisième enfin aborde la question de la réglementation et, plus généralement, de la régulation d'un système électrique ouvert. Le premier chapitre étudie les relations de dépendance mutuelle, d'interpénétration entre les considérations économiques et les considérations extra-économiques (i. E. Réglementaires au sens large ou même politiques) dans l'organisation industrielle traditionnelle (on peut parler de modèle) du secteur électrique dans les sociétés développées. Nous analysons le rôle essentiel du couple interconnexion/intégration dans cette organisation. C'est cet équilibre complexe qui est globalement remis en cause par les évolutions réglementaires récentes, auxquelles est consacré le deuxième chapitre. La perspective adoptée dans l'analyse nous permet d'expliciter les principaux enjeux de ces évolutions : promotion de l'efficacité économique (au sens large) ; préservation des conditions d'exercice de différentes missions de service public (ou d'intérêt économique général). Nous tentons de préciser le plus finement possible les termes économiques dans lesquels ces enjeux se présentent aux réglementeurs du secteur électrique. Le troisième chapitre débute l'étude plus normative du problème des prix d'accès. La notion de coût marginal de court terme de transport, qui soulève ici des problèmes conceptuels inusités, y est présentée et discutée. Nous étudions en particulier les limitations à l'efficacité de ces coûts marginaux qui résultent de la présence d'externalités, de problèmes informationnels et de l'existence de coûts de transaction. Nous poursuivons cette démarche dans le quatrième chapitre, en étudiant d’une part les conséquences pratiques en termes d’efficacité des indivisibiités dans les fonctions de coût de réseau, et d’autre part celles de la variabilité-imprévisibilité des coûts marginaux pour limiter en pratique les inefficacités induites. Dans le cinquième chapitre, nous abordons le problème de la réglementation sous un angle plus concret que ne le font les modèles théoriques, et en tenant compte des principales interdépendances entre les coûts de production et les coûts de réseau. Nous insistons sur les aspects du problème spécifiques à l’électricité (par rapport aux modèles théoriques généraux). Le sixième chapitre est consacré à une discussion moins formalisée de l’équilibre réglementaire à long terme nécessaire à la régulation d’un système électrique ouvert. Il met en perspective certaines pratiques réglementaires observées. Il pose la question essentielle de l’arbitrage entre consommateurs « domestiques » et industriels. Enfin, la conclusion récapitule l’essentiel des résultats de l’étude, en évalue la portée et propose des voies de recherche.

Suite à l'ouverture à la concurrence du marché électrique en Europe, les entreprises historiques ont anticipé l'érosion de leur part de marché sur leur territoire national et ont intégré de nouveaux secteurs ou de nouveaux marchés géographiques pour trouver de nouveaux relais de croissance. Pour comprendre ces nouveaux mécanismes d'entrée, nous avons consacré la première partie de la thèse à définir les avancées majeures en théorie économique sur le concept de "l'entrée". A la lecture des différents travaux théoriques, nous avons constaté que les économistes expliquaient l'entrée en partant des "barrières à l'entrée" et ont ainsi focalisé leur attention sur le comportement des entreprises installées. Dans la deuxième partie, nous avons tenté de définir ces mécanismes d'entrée en partant de l'étude d'une centaine de cas d'entrée observés. Nous avons pris soin de placer au cœur de notre analyse les nouveaux acteurs et avons défini trois phases pour définir le processus d'implantation des acteurs. La première précède l'entrée et a pour objet de définir les motifs et choix d'entrée des nouveaux acteurs. La deuxième porte sur la réalisation de l'entrée stricto sensu et nous permet de dresser une typologie des entrées. La dernière consiste à juger de la pertinence de l'entrée des acteurs une fois qu'ils ont intégré les marchés
Since the opening to competition of the electricity industry in Europe, incumbents have anticipated the erosion of their market share on their national market and have integrated new sectors or new geographical markets to find new growth potentials. To help us understand these new entry mechanisms, the first part of the thesis has been devoted to defining the major steps ahead achieved in economic theory about the concept of "entry”. When reading various theorical surveys we noticed that economists explain the entry by referring exclusively to ”barriers to entry” and focus their attention on the behaviour of existing incumbents. In the second part of, we have tried to define these entry mechanisms by studying very closely about a hundred entry cases. We have tried to keep new entrants at the core of our study and we have devised three stages to explain the implementation process of new entrants. The first one occurs before entry and aims at defining the motives and choices of these new actors. The second one is the entry per se and enables us to elaborate a typology of entries. The last one consists in measuring the relevance of entry once the new actors have entered the market

Le comportement des electriciens a ete domine pendant des decennies par une logique de type supply-side qui consistait a repondre a tout moment a une demande d'electricite, sans cesse croissante, par des investissements d'offre. Cependant, depuis la fin des annees 1970 et le debut des annees 1980, la maitrise de la demande d'electricite (mde ou dsm) est devenue un moyen essentiel pour les regulateurs et les compagnies electriques dans la planification energetique. Le dsm part de la mise en question des presupposes du fonctionnement optimal du marche definis par le modele de la theorie standard. Son avantage par rapport a l'approche classique reposant sur la confiance dans le signal-prix est d'apporter des explications au dysfonctionnement des mecanismes de marche pour justifier les elements de politique d'intervention autres que l'usage des prix. Le dsm s'inscrit dans une dynamique d'elargissement du champ de la regulation des industries electriques et de depassement de l'approche classique d'optimisation sectorielle en repondant aux besoins des consommateurs en services energetiques au moindre cout social, dans une logique de maximisation du surplus collectif. Des structures incitatives sont alors necessaires pour les entreprises electriques en situation de monopole de vente aussi bien qu'en regime de concurrence. Elles permettent de faire des actions de dsm en volet rentable des activites des entreprises electriques le mode d'organisation des actions de dsm (integration totale au sein de l'entreprise electrique, sous-traitance ou cooperation avec des partenaires)
To meet the growing demand of energy electricity companies had longly adopted a planning strategy based on supply-sideinvestment. However since the end of the 70's and the beginning of the 80's demandside management (dsm) have becausethe principle means of regulating power industry. With dsm, the presupposed optimal fonctioning of the market mechanisms defined by the neoclassical model of the standard theory is called in question. Compared to the classical approach of regulation which is based on the confidence in the price-signal, dsm has the advantage of giving explanations to the dysfonction of market mechanisms in order to argue the need for the regulator intervention. The dsm fits into the dynamic of extension of the power industry regulation and going past to the classical approach of sector based optimisation by meeting the consumers'needs of energy services at a beast social cost, in a logic of maximizing the total consumers'surplus. Incentive structures are then necessary to the electricity companies in situation of sale monopoly as well in a system of competition. They make dsm actions the most profitable of the utilities, subcontracting or cooperation with partners) is explained mainly by the degree of competence available to the electricity company in this new position into the energy services market

Les réseaux électriques des pays d'Afrique subsaharienne (REASS) sont soumis, depuis le début de la décennie 90, à la réforme de leur organisation industrielle et de leur encadrement réglementaire. Cette dynamique s'explique davantage par des raisons liées, à l'inéfficacité de la gestion étatique du secteur, à la crise de financement subséquente, qu'à la prise en compte de l'évolution technologique dans l'organisation industrielle. Les premeières réponses à ces difficultés de fonctionnement ont été formulées dans la décennie 80. Le cadre exclusivement public de leur mise en oeuvre avait débouché sur des résultats mitigés des politiques d'assainissement financier et économiques correspondantes. Les réponses contemporaines s'articulent autour de la contestation de l'Etat-producteur et de la position de monopole des opérateurs traditionnels des réseaux électriques. . .

A cause de leurs caractéristiques spécifiques (externalités, économies d'échelle, coûts fixes élevés), les industries de réseau sont des monopoles naturels. Traditionnellement, le monopole public permettait, en plus, de préserver des missions du service public incombant à un Etat gestionnaire, financièrement plus fort que le secteur privé dans un contexte où le marché financier était inexistant. Actuellement, les partenariats public-privé (libéralisation) permettent de pallier les carences financières de l'Etat et d'instaurer une rigueur de gestion propice à l'éclosion du progrès technique. Les théories économiques des contrats, de la concurrence (marchés contestables) et de la régulation constituent le cadrage théorique des libéralisations. Elles fournissent les outils et le support théoriques nécessaires à la mise sur pied d'une concurrence équilibrée ainsi que la définition d'un cadre contractuel adéquat entre l'Etat et ses partenaires privés. L'efficacité de la libéralisation est tributaire de la régulation indépendante qui est une émanation de l'encadrement institutionnel global. Au Sénégal, la libéralisation des secteurs de l'électricité et des télécommunications et les changements institutionnels qui les accompagnent n'ont été amorcés qu'à partir de 1996. Toutefois, il est possible d'effectuer une analyse de mi-parcours afin de dresser une approche normative des perspectives en termes de régulation et d'encadrement institutionnel
Because of their specific characteristics (externalities, ladder economies, costs set up students), the network industries are natural monopolies. Traditionally, the public monopoly allowed also protecting the public service falling to a government, financially stronger than the private sector while the financial market was non-existent. Currently, the public private partnerships (liberalization) allow compensating for the financial lacks of the State and to establish a harshness of management which is necessary to promote the technical progress. Public-private partnerships thus became the new options of exploitation of network industries. The economic theories of contracts, of competition and of regulation constitute the theoretical centring of the liberalizations. They offer the theoretical tools and the support necessary for the setting up of a well-balanced competition and the definition of an adequate contractual frame between the government and his private partners. The efficiency of the liberalization depends on regulation which is an emanation of the global institutional supervision. In Senegal, the liberalization of electricity and telecommunications sectors and the corresponding institutional changes were begun only from 1996. However, it is possible to make a mid-term analysis to draw up a normative approach of the perspectives in terms of regulation and institutional frame (supervision)

Face aux défis concernant les secteurs de l’énergie et de l’environnement, le réseau électrique est confronté à certaines limites.Un problème majeur du réseau électrique actuel est le manque de communication et de coordination entre ses acteurs pour exploiter pleinement son potentiel. Pour surmonter ces limites et offrir de nouveaux services aux acteurs du réseau électrique, nous nous dirigeons vers un réseau plus intelligent, la Smart Grid. Le déploiement d’une infrastructure supplémentaire est nécessaire pour réaliser cette transition. Cette infrastructure, Advanced Metering Infrastructure (AMI), vise à améliorer les capacités de surveillance et de communication des acteurs du réseau électrique.L’objectif de cette thèse est de quantifier la dégradation de performance de certains nouveaux services de la Smart Grid, due à la qualité de service de l’AMI. Nous explorons plusieurs paramètres de l’infrastructure de communication et observons par co-simulation comment ces paramètres influencent l’efficacité de ces services. Un des objectifs principaux de la Smart Grid est aussi de réduire la consommation d’énergie.Dans un deuxième temps, nous modélisons la consommation énergétique de bout en bout de l’AMI afin d’évaluer sa propre consommation.Les outils de co-simulation proposés ainsi que les modèles de consommation sont tous disponibles sans restrictions
In front of the challenges concerning the energy and environmental sectors, the electrical grid faces some limitations. A major issue of the current power network is the lack of communication and coordination between its actors to fully exploit its potential.To overcome those limitations, and offer new services to the actors of the electrical grid, we are moving toward the Smart Grid. The deployment of an additional infrastructure is necessary to enable the Smart Grid. This infrastructure, known as the Advanced Metering Infrastructure (AMI), aims to enhance the monitoring and communication capabilities of the actors of the electrical grid.The goal of this thesis is to quantify the performance degradation of some new services of the Smart Grid, due to the quality of service of the AMI. We explore several parameters of the communication infrastructure and observe through co-simulation how those parameters influence the efficiency of those services. One of the main objectives of the Smart Grid is to reduce energy consumption.In a second stage, we model the end-to-end energy consumption of an AMI at a large scale to assess its own consumption.The proposed co-simulation framework and consumption models are all license free

La distribution reste le segment du secteur de l’électricité le moins étudié. Mais les débats s’animent autour d’elle depuis deux ou trois ans quant aux changements structurels possibles du fait notamment de l’émergence amorcée ou annoncée des smart technologies: ils pourraient en effet remettre en cause dans les prochaines années les modèles d’affaires actuels des GRD et leur mode de régulation. Mais de nombreuses incertitudes pèsent sur leurs choix d’investissements. La thèse vise à anticiper les évolutions des modèles d’affaires des GRD en Europe à l’horizon 2030 en tenant compte des paramètres technologiques, macroéconomiques et géographiques. Elle propose une vision théorique et analytique originale, en introduisant tout d’abord la notion de « technologies à potentiel naturel » pour étudier le développement optimal de différentes technologies par contexte géographique et par scénario de référence. A partir de ces résultats, elle définit alors différentes évolutions possibles des activités de la distribution. Le croisement de ces futurs avec les différentes stratégies d’investissement envisageables pour les GRD permet de définir les futurs modèles d’affaires des GRD européens en fonction des combinaisons de smart technologies déployées et des contextes géographiques contrastés. Dans sa dernière partie, la thèse s’intéresse tout particulièrement aux changements prévisibles dans la relation GRD / régulateur sectoriel via une formalisation par la théorie des jeux. Enfin, en s’appuyant notamment sur les études théoriques de Brian Arthur, la thèse identifie les différents effets lock-in qui pourraient entraver l’émergence des smart technologies et les solutions possibles
Distribution activities have been the least studied domain of the electricity sector; over the last few years though, strong debates emerged with regards to the future. Indeed, this activity might soon undergo some deep structural changes, particularly as smart technologies are deployed: theses technologies could strongly impact the current business cases of the DSOs, along with the regulation now in effect, at a time when numerous uncertainties weigh on the distributors choices of investments. This thesis investigates the distributors’ business models evolutions in Europe for the next 20 years, based on technological, macroeconomic and geographical parameters. It proposes an original approach, both theoretical and analytical, to better understand the future world of DSOs. At first, it introduces the notion of “technologies with natural potential” in order to study the optimal development of the different technologies, by geographical context and macroeconomic scenarios. From these results, it then defines various possible evolutions of the distribution activities. Crossing these futures with the various possible investment strategies for the DSOs makes it possible to define the future business models of the European DSOs, according to various combinations of smart technologies displayed and contrasted geographical contexts. In its last part, the thesis studies the predictable changes in the relation DSO / regulator, using a formalization based on the Games Theory; this work is complemented by identifying the different lock-in effects (using the approach described in Brian Arthur’s studies) that could hinder the emergence of smart technologies, and the possible solutions

Dans la plupart des régions isolées, le générateur diesel est la source principale d'énergie électrique. Pour ces régions, le prix d'extension du réseau électrique s'avère prohibitif et le surcoût de l'approvisionnement en combustible augmente radicalement avec l'isolement. L'interconnexion des plusieurs sources d'énergie renouvelable (des éoliennes, des panneaux photovoltaïques, des petites centrales hydroélectriques, etc. ) dans un Système d'Energie Hybride (SEH) peut avoir une incidence profitable sur la production d'énergie électrique, en termes de coût et de disponibilité. Cependant, des améliorations dans la conception et le fonctionnement des SEH sont toujours nécessaires pour rendre cette technologie plus compétitive dans les régions isolées. Ainsi, le travail de recherche présenté dans cette thèse est une contribution à l'analyse du comportement et à la maîtrise des performances d'un SEH constitué par deux sources d'énergie renouvelable, un générateur diesel et des batteries de stockage. Ce type de système est étudié selon trois aspects : dimensionnement, maximisation de l'utilisation des ressources renouvelables et qualité de l'énergie électrique
In many of the remote areas, the diesel generator is the main source of power supply. The cost of grid extension is, and will probably continue to be, prohibitive and the fuel cost increases severely with the remoteness of the location. The combination of several energy sources (wind turbines, photovoltaic panels, small hydroelectric power plants etc. ) in a Hybrid Power System (HPS) can be very attractive for most of the remote areas, in terms of cost and availability. However, improvements of the design and operation of the HPS is still needed to allow this technology more competitive in remote areas. In this context, the work presented in this thesis gives a contribution to the behaviour analysis and the performances control of an HPS constituted by two renewable sources, a diesel generator and storage batteries. This kind of system is studied according to three aspects: sizing, maximizing the use of the renewable resource and power quality

A la fin du 19ème siècle, le réseau électrique prend forme et l’électricité comme source d’énergie commence à être utilisée, pour l’éclairage et les communications principalement, et dans une moindre mesure comme force motrice. Dans cette thèse, nous analysons les conditions sociologiques de calculs de rendement des premiers moteurs électriques, les méthodes théoriques et expérimentales utilisées par les premiers ingénieurs électriciens pour démontrer que les moteurs électriques pouvaient remplacer efficacement d’autres types de moteurs, vivants ou pas, alors disponibles dans l’industrie. Les machines électriques étaient également comparées entre elles, et celles qui permettaient d’obtenir un système de transport et de distribution avec le rendement le plus élevé étaient en théorie retenue par l’industrie. Dans la pratique, d’autres critères entraient en jeu, les électriciens défendant un certain type de machines ou de systèmes de transport devant aussi convaincre la communauté scientifique et l’industrie intéressées par leur découverte. S’appuyant sur l’analyse de ce contexte faite à partir de textes de revues techniques et de documents d’archives ainsi que de travaux de sociologie et d’histoire, cette thèse vise à mieux comprendre l’essor de ce type particulier de machines, symboles de la quête d’une certaine efficacité
At the end of the 19th century, the electrical grid is taking shape and electricity as a source of energy starts to be used, mainly for lighting and communications, and to a lesser extent as a motor force. In this thesis, we analyze the sociological conditions of calculations of the efficiency of the first electric motors, the theoretical and experimental methods used by the first electrical engineers to demonstrate that electric motors could effectively replace other types of engines, alive or not, available in the industry. Electrical machines were also compared with each other, and the industry was theoretically used to produce the most efficient transmission and distribution system. In practice, other criteria came into play, as electricians defending a certain type of machinery or transport systems also had to convince the scientific community and industry interested in their discovery. Based on an analysis of this context made from texts from technical journals and archival documents, as well as from works of sociology and history, this thesis aims to better understand the development of this particular type of machines, symbols of the quest for a certain efficiency

Les préoccupations environnementales grandissantes nous ont conduits à faire des efforts pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment dans le domaine de la production de l’énergie électrique. C’est dans ce contexte que Leroy Somer a lancé des recherches sur les groupes électrogènes hybrides afin de minimiser la consommation de carburant et les coûts d’exploitations. Pour aborder les questions du dimensionnement des ressources matérielles et de leur utilisation optimale, une méthodologie est développée dans cette thèse. La recherche de la stratégie de gestion de l’énergie optimale est basée sur l’algorithme de programmation dynamique de Bellman. Elle sera associée à un algorithme d’optimisation à évolution différentielle pour optimiser le dimensionnement de la structure hybride. Les fonctions de coûts des optimisations sont obtenues par le développement de modèles énergétiques et économiques. Grâce à cette méthode, nous montrons que les gains d’un groupe électrogène hybride sont fortement liés à l’utilisation que l’on aura de celui-ci. Dans les cas où le groupe électrogène est utilisé sur des profils avec de faibles facteurs de charge, les gains pourront être conséquents. Il sera donc primordial de bien connaitre les profils de charge de l’application avant de dimensionner la structure tout entière du groupe électrogène hybride. Les travaux ont également débouché sur une mise en œuvre expérimentale qui a pu valider les premiers résultats obtenu lors des simulations
Growing environmental issues and concerns have led to efforts to reduce CO2 and greenhouse effect pollutant emissions in the field of electric power generation. This has led Leroy Somer to investigate systems based on hybrid technologies to reduce genset fuel consumption and operating costs. A methodology is developed in this thesis to address issues of sizing hardware resources and their optimal use. The optimum energy management strategy is based on the dynamic programming algorithm of Bellman. It will be associated to a differential evolution optimization algorithm to optimize the design of the hybrid structure. The objective functions are obtained by developing energetic and economic models. Through this method, we show that the benefits of a hybrid generator are strongly related to its use. In cases where the generator is used on profiles with low load factors, the benefits will be significant. It will be very important to have good knowledge of load profiles applications before sizing the whole structure of the hybrid generator. A prototype of this system has been developed and has confirmed simulation results

Depuis l'ouverture des marchés de l'électricité européens, les opérateurs électriques mettent en oeuvre des stratégies qui redéfinissent l'activité de fourniture d'électricité. Ces acteurs ont progressivement fait évoluer leurs pratiques en intégrant des services de plus en plus complexes nécessitant de nouvelles compétences. Cependant, l'extension du métier de base a pris une toute autre dimension lorsque les entreprises de l'électricité se sont positionnées sur d'autres industries de réseaux telles que les secteurs du gaz, de l'eau et des télécommunications. Un tel mouvement stratégique signifierait que les entreprises spécialisées dans la fourniture d'un service collectif (utilities) tendent à devenir multiservices (multiutilities). L'objectif des travaux de recherche est de comprendre les logiques de la diversification horizontale des opérateurs d'électricité selon trois approches : approche " ressource, approche " pouvoir de marché, approche de l'agence

La prise en compte du Développement Durable dans la stratégie des gestionnaires de réseaux de transport d'électricité (GRT) est un processus complexe qui met en avant à la fois la nécessité de prendre en considération les spécificités du bien «électricité», du service rendu par les GRT mais également l'organisation du secteur électrique, dans laquelle, en France, l'Etat assume un triple rôle puisqu'il est, à la fois, régulateur, actionnaire et législateur. Nous cherchons à savoir comment RTE, le GRT français, filiale d'EDF, intègre ces exigences de Développement Durable, alors même que ses activités et ses revenus sont régulés et que son obligation de service public ne le mentionne pas explicitement. Nous montrons alors que l’adoption d’une démarche de Développement Durable est pour un GRT une source d'innovations, un outil de gestion et de maîtrise des risques sociaux, environnementaux et économiques. La construction d'un indicateur de Développement Durable, reposant sur de l'information publique, a permis de mesurer l'engagement des principaux GRT européens. Nous avons constaté une forte disparité des comportements, que nous avons essayé de corréler à la structure capitalistique des GRT. Mais nous n'avons pas pu conclure de manière claire. Ces résultats nous conduisent ainsi à prposer une liste d'indicateurs de mesure de la performance Développement Durable pour un GRT, en suivant les recommandations de la Global Reporting Initiative et de son complément sectoriel sur l'électricité, comme première action pragmatique d'engagement. Cet aperçu européen et le cas particulier de RTE nous amènent donc à mettre en avant le besoin d'une incitation. C'est pourquoi, en prenant en compte l'environnement institutionnel dans lequel évolue RTE, nous proposons un modèle d'accord volontaire entre le GRT et son régulateur sectoriel pour que le Développement Durable devienne une composante désionnelle et stratégique. Ce contrat propose d'ajouter à la structure du tarif d'utilisation du réseau de transport d'électricité une composante Développement Durable, sur le modèle de l'incitation à la qualité de fourniture, selon un système de bonus-malus.

Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle grille de lecture de la position des distributeurs B to B dans leur réseau de relations. A partir d’une étude de cas approfondie sur les distributeurs de matériel électrique français, nous montrons que la position des distributeurs B to B dans leur réseau constitue une ressource essentielle pour l’ensemble des acteurs du réseau. Les distributeurs de matériel électriques disposent en effet de ressources et de rôles spécifiques, qui leur permettent de jouer un rôle institutionnel important. En analysant les arrangements institutionnels (Vargo et Lusch, 2016) à l’œuvre dans le réseau de la distribution de matériel électrique, nous montrons que les distributeurs de matériel électrique sont aujourd’hui en position d’orchestrer les relations au sein de leur réseau, et d’aligner les acteurs de ce réseau autour d’un intérêt commun, l’amélioration de la performance globale par la satisfaction des clients finaux. En ce sens, nous proposons de considérer les distributeurs de matériel électrique comme des Network Stewards, des orchestrateurs de relations collaboratives au sein de leur réseau
This dissertation provides a new understanding of the position of B to B distributors within their network of relationships. Thanks to an in-depth case study in the French distribution network of electrical equipment (EE), we highlight the position of distributors as a key resource to every actor of the electrical equipment sector. B to B distributors of electrical equipment have indeed specific resources that enable them to play their own roles. To distributors those resources are also a keystone to develop their institutional role within the network.In line with Vargo and Lusch (2016) we analyze the institutional arrangements that exist in the French EE distribution network. Thanks to them distributors have the position to orchestrate the relationships among their network. They can namely align the different actors of the network along a common interest, i.e the improved performance of the whole network through the satisfaction of end-users. That’s the reason why we propose to consider EE distributors as Network Stewards, who orchestrate the relationships in their network in a collaborative way

La plupart des couches d'isolation de câbles pour la moyenne tension "MV" et haute tension "HV" sont fabriquées en polyéthylène réticulé (XLPE) par voie peroxyde. L'impact des sous-produits de réaction sur les propriétés et la nécessité d'une étape de dégazage au cours du processus sont les principaux problèmes liés à cette technologie. Cette étude se concentre sur le développement d'une méthode de réticulation alternative sans les problèmes liés aux sous-produits. Des copolymères d’éthylène/époxy ont été réticulés thermiquement en utilisant un agent aminoacide pour créer des liaisons covalentes entre les fonctions époxydes. L’influence de différents paramètres sur la cinétique de réaction tels que la température de réticulation, les proportions aminoacide/époxy, la taille des particules de l’aminoacide et la teneur en époxy dans les copolymères a été étudiée par techniques de caractérisation telles que : rhéologie dynamique, spectrométrie FTIR, microscopie à balayage électronique et calorimétrie différentielle. En outre, l'étude de la structure du réseau avant et pendant un vieillissement thermique a été effectuée par différentes techniques (mesures de gonflement, spectroscopie FTIR, propriétés de traction et thermoporosimétrie) sur deux types de réseaux : un pré-contraint et un autre non-contraint. Enfin, une caractérisation des propriétés électriques par spectroscopie diélectriques et mesures de claquage électrique a été faite. Les résultats concernant les cinétiques de réaction, les propriétés thermomécaniques et le comportement électrique ont montré que la formulation développée dans cette étude peut être utilisée pour une application de câble
Most of insulation layers of cables for medium voltage “MV” and high voltage “HV” applications are made of crosslinked polyethylene (XLPE) by peroxide technology. The impact of reaction by-products on properties and the consequential need of a degassing stage during the process are the main problems related to this technology. This study focuses on the development of an alternative crosslinking method without by-products issues. Epoxy-ethylene copolymers were thermally crosslinked by using an amino-acid agent to create covalent cross-links between epoxide functions. Influence of several parameters on kinetic reactions such as crosslinking temperature, amino acid/epoxy proportions, size particle of amino acid and epoxy content in copolymers were studied by characterization techniques such as: dynamic rheology, FTIR spectrometry, SEM microscopy and differential calorimetry. In addition, study of the network structure before and during a thermal aging was done on a pre-constrained and a non-constrained network by different techniques (swelling ratio measurement, FTIR spectroscopy, tensile properties and thermoporosimetry analysis). Finally, a characterization of electrical properties by dielectric spectroscopy and breakdown measurements was done. Results related to reaction kinetic, thermo-mechanical properties and electrical behavior have shown that the developed formulation can be used for cable application

En raison de l'augmentation des coûts d'énergie et des préoccupations environnementales telles que les empreintes de carbone élevées, les systèmes de la production d'électricité centralisée se restructurent pour profiter des avantages de la production distribuée afin de répondre aux exigences énergétiques toujours croissantes. Les microgrids sont considérés comme une solution possible pour déployer une génération distribuée qui inclut des ressources énergétiques distribuées DERs (Distributed Energy Resources)(e.g, solaire, éolienne, batterie, etc). Dans cette thèse, nous traitons les défis de la gestion d'énergie dans un microgrid industriel où les charges énergétique sont constituées de processus industriels. Notre plan consiste à diviser la gestion de l'énergie du microgrid en deux parties: la production et la demande d’énergie.Du côté de la production d'énergie, les défis incluent la modélisation des générations de puissance et le lissage des fluctuations des DER. Pour modéliser les générations de puissance, nous proposons un modèle basé sur les concepts de service courbé de Network Calculus. En utilisant cet outil mathématique, nous déterminons une quantité minimale de puissance que les DERs peuvent générer; leur agrégation nous donnera une production d'énergie totale dans le microgrid. Après cela, s'il existe un déséquilibre entre la production et la demande d'énergie, nous proposons des stratégies différentes pour minimiser les coûts d'approvisionnement énergétique. Sur la base des données réelles de la consommation d'énergie d'un site industriel situé en France, des économies significatives peuvent être réalisées en adoptant ces stratégies. Dans cette thèse, nous étudions également comment atténuer les effets des fluctuations de puissance des DERs en conjonction avec des systèmes de stockage d'énergie. Pour cela, nous proposons un algorithme de lissage gaussien et nous le comparons avec des algorithmes de lissage trouvés dans l'état de l'art. Nous avons trouvé que l'algorithme proposé utilise de batterie de moins de taille à des fins de lissage par rapport à d'autres algorithmes. À cette fin, nous sommes également intéressés à étudier les effets de la gamme admissible des fluctuations sur les tailles de la batterie.Du côté de la demande, l'objectif est de réduire les coûts de l'énergie grâce aux approches de gestion de la demande DSM (Demand Side Management) telles que Demand Response (DR) et Energy Efficiency. Comme les processus industriels consomment énormément, une petite réduction de la consommation d'énergie en utilisant les approches DSM pourrait se traduire par des économies cruciales. Cette thèse se concentre sur l'approche DR qui peut profiter des prix variables de l'électricité dans le temps pour déplacer les demandes énergétiques des heures de pointe aux heures creuses. Pour atteindre cet objectif, nous comptons sur un modèle basé sur la théorie de file d'attente pour caractériser les comportements temporels (arrivée et départ des tâches) d'un système de fabrication. Après avoir défini les processus d'arrivée et de départ de tâches, une fonction d'utilisation efficace est utilisée pour prédire le comportement de la machine dans un domaine temporel et qui peut afficher son statut (allumé/éteint) à tout moment. En prenant le statut de chaque machine dans une ligne de production comme une entrée, nous proposons également un algorithme de planification DR qui adapte la consommation d'énergie d'une ligne de production aux deux contraintes de puissance disponibles et de taux de production. L'algorithme est codé à l'aide d’une machine d’état fini déterministe (Deterministic Finite State Machine) dans laquelle les transitions d'état se produisent en insérant une tâche à l'entrée du tapis roulant (on peut aussi avoir des transitions sans insertion de taches). Nous définissons des conditions pour l'existence d’un planificateur réalisable et aussi des conditions pour accepter positivement des demandes DRs
Due to increased energy costs and environmental concerns such as elevated carbon footprints, centralized power generation systems are restructuring themselves to reap benefits of distributed generation in order to meet the ever growing energy demands. Microgrids are considered as a possible solution to deploy distributed generation which includes Distributed Energy Resources (DERs) (e.g., solar, wind, battery, etc). In this thesis, we are interested in addressing energy management challenges in an industrial microgrid where energy loads consist of industrial processes. Our plan of attack is to divide the microgrid energy management into supply and demand sides.In supply side, the challenges include modeling of power generations and smoothing out fluctuations of the DERs. To model power generations, we propose amodel based on service curve concepts of Network Calculus (NC). Using this mathematical tool, we determine a minimum amount of power the DERs can generate and aggregating them will give us total power production in the microgrid. After that, if there is an imbalance between energy supply and demand, we put forward different strategies to minimize energy procurement costs. Based on real power consumption data of an industrial site located in France, significant cost savings can be made by adopting the strategies. In this thesis, we also study how to mitigate the effects of power fluctuations of DERs in conjunction with Energy Storage Systems (ESSs). For this purpose, we propose a Gaussian-based smoothing algorithm and compare it with state-of-the-art smoothing algorithms. We found out that the proposed algorithm uses less battery size for smoothing purposes when compared to other algorithms. To this end, we are also interested in investigating effects of allowable range of fluctuations on battery sizes.In demand side, the aim is to reduce energy costs through Demand Side Management (DSM) approaches such as Demand Response (DR) and Energy Efficiency (EE). As industrial processes are power-hungry consumers, a small power consumption reduction using the DSM approaches could translate into crucial savings. This thesis focuses on DR approach that can leverage time varying electricity prices to move energy demands from peak to off-peak hours. To attain this goal, we rely on a queuing theory-based model to characterize temporal behaviors (arrival and departure of jobs) of a manufacturing system. After defining job arrival and departure processes, an effective utilization function is used to predict workstation’s (or machine’s) behavior in temporal domain that can show its status (working or idle) at any time. Taking the status of every machine in a production line as an input, we also propose a DR scheduling algorithm that adapts power consumption of a production line to available power and production rate constraints. The algorithm is coded using Deterministic Finite State Machine (DFSM) in which state transitions happen by inserting a job (or not inserting) at conveyor input. We provide conditions for existence of feasible schedules and conditions to accept DR requests positively.To verify analytical computations on the queuing part, we have enhanced Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNET++) discrete event simulator for fitting it to our needs. We modified various libraries in OMNET++ to add machine and conveyor modules. In this thesis, we also setup a testbed to experiment with a smart DR protocol called Open Automated Demand Response (OpenADR) that enables energy providers (e.g., utility grid) to ask consumers to reduce their power consumption for a given time. The objective is to explore how to implement our DR scheduling algorithm on top of OpenADR

FIP=Factory Instrumentation Protocol. On réalise un circuit intégré de communication pour le réseau FIP, projet national de communication entre automates réflexes, capteurs et actionneurs. Le circuit intégré est spécifié pour permettre soit la connexion de capteurs simples, soit la connexion de capteurs intelligents ou des automates de réseau. La conception de ce circuit intégré «à la demande» résulte d'une méthodologie originale. Cette méthodologie est orientée vers la conception de circuits VLSI de communication à partir d'une bibliothèque d'opérateurs flexibles, d'une part pour réduire le temps de conception, d'autre part pour donner la possibilité aux ingénieurs non spécialistes en conception de concevoir eux-mêmes leur circuit

Cette thèse est une contribution à la conception optimale des systèmes hybrides pour la production énergétique. Les travaux proposés sont organisés en trois parties. La première partie consiste à étudier la possibilité d’intégrer des sous-réseaux constitués d’un ensemble de producteur-exploitant connectés au réseau principal. Le but est de renforcer la décentralisation de la production énergétique en tenant compte des besoins spécifiques et des disponibles de source renouvelable. Pour ce faire, l’approche consiste à optimiser le coût de l’installation, pour le producteur-exploitant, et les taux des subventions, assurées par l’état-soutien, tout en évitant la spéculation financière. La deuxième partie traite du problème de dimensionnement des systèmes hybrides par adaptation optimale de la charge, et l’approche est effectuée en deux parties. Une première partie consiste à modéliser la charge en tenant compte des contraintes spécifiques à l’exploitation. Ensuite, lors de la deuxième partie, une optimisation de la structure est effectuée en fonction du disponible énergétique. La troisième partie est consacrée au cas spécifique d’une application en nomade. Tout d’abord, il s’agit de déterminer les différentes contraintes caractéristiques à ce type d’application (sécurité énergétique, coût de la conception, etc.) et de définir les différents problèmes d’optimisation associés aux objectifs spécifiques. Ensuite, une étude de cas exprimée comme un problème d’optimisation de nature multi-objectif est énoncée. Finalement, des solutions optimales sont identifiées à travers des outils d’intelligence artificielle et de considérations liées à l’application
This thesis is a contribution to the optimal design of hybrid systems for energy production. The proposed work is organised in three parts. The first part is dedicated to an energy analysis at the level of the national electricity grid. The aim is to study the possibility of integrating sub-grids consisting of a set of producer-operators connected to the main grid. The aim is to strengthen the decentralisation of energy production, taking into account the specific needs and availability of renewable sources. To achieve this, the approach is to optimise the cost of the installation for the producer-operator and the subsidy rates provided by the supporting state, while avoiding financial speculation. The second part deals with the problem of sizing hybrid systems by optimal load adaptation, and the approach is carried out in two parts. In the first part, the load is modelled taking into account the specific constraints of the operation. Then, in the second part, an optimisation of the structure is carried out according to the available energy. To illustrate the relevance of the approach, an application to a concrete case of a company is performed. The third part is devoted to the specific case of a nomadic application. First, the different constraints characteristic of this type of application (energy security, design cost, etc.) are determined and the different optimisation problems associated with the specific objectives are defined. Then, a case study expressed as an optimisation problem of a multi-objective nature is stated. Finally, optimal solutions are identified through artificial intelligence tools and application

L’ouverture à la concurrence des marchés de l’électricité et du gaz peine à aboutir aux effets escomptés. Si les directives issues du troisième « paquet » ont été en grande partie transposées au sein des États membres, les obstacles à la réalisation effective d’une Europe de l’énergie demeurent nombreux. Dans ce contexte nébuleux, une surveillance aux yeux d’Argus a émergé. En effet, comme pour forcer le processus de libéralisation, les autorités de concurrence et les autorités de régulation sectorielle redoublent d’efforts pour achever rapidement le marché intérieur de l’énergie, quitte à aller parfois, semble-t-il, à contre-courant de leur mission originelle. D’un côté, les autorités de concurrence semblent de plus en plus enclines à se comporter en « constructeurs » des marchés de l’énergie, agissant davantage sur la structure de ces derniers que sur les comportements dommageables. À l’inverse, les autorités de régulation sectorielle, dont les pouvoirs ne cessent d’être renforcés, sont de plus en plus incitées à détecter les entraves à la concurrence et à les sanctionner. De ce contrôle bicéphale résulte une confusion des rôles qui n’est pas totalement atténuée par la mise en place des « passerelles » entre les deux types de régulateurs. Au demeurant, face à cet enchevêtrement de compétences, les opérateurs évoluent sur des marchés peu propices au jeu de la concurrence et dans un cadre réglementaire aussi complexe qu’instable, sclérosant les investissements nécessaires pour dynamiser ces marchés. Toutefois, le système mis en place, que beaucoup aimeraient voir clarifié, peut être amélioré. Alors qu’une partie de la doctrine appelle à la fusion des autorités, hypothèse pourtant peu réaliste, la voie du réaménagement du cadre de surveillance, basée sur un renforcement de l’interrégulation, mais également sur l’établissement d’une véritable régulation européenne, ne semble pas avoir été suffisamment explorée
The opening to competition of the markets in gas and electricity has hardly produced the desired impact. To a large extent, the directives flowing from the third package have been transposed amongst the Member States. However, the effective implementation of a European energy is still facing several challenges ahead. With this nebulous background, supervision has become all-seeing, Argus-like. In fact, while competitions authorities and sectoral regulators are significantly stepping up theirs efforts so as to push forward the liberalization process towards the swift completion of the internal energy market, they seem, at times, to work against the grain of their original assignment. On the one hand, competition authorities appear to be increasingly willing to act as « builders » for the energy markets as they tackle market structures rather than harmful behaviours. Conversely, sectoral regulators, with their ever-strengthening powers, are more and more incited to track down and take sanctions against barriers to competition. Such bicephalous management has resulted in a confusion of roles which has not been alleviated by the « bridges »built between both types of regulators. At any rate, in the face of such a tangled web of competences, operators find themselves in markets that are not very conducive to competition and in a regulatory framework which is both volatile and complex, thereby paralysing the investments required to render such markets more dynamic. The system as it stands may still be improved and many would like to see it clarified. Although the prospect is not very realistic, some commentators have called for the merger of authorities. It appears nonetheless that reworking the supervision framework with a view to strengthening inter-regulation but also implementing actual European regulations is a route that has not yet been sufficiently explored

Le marché des systèmes photovoltaïques a connu une forte croissance cette dernière décennie soutenue par des actions politiques favorables dans un contexte de transition énergétique. Pourtant, malgré ces conditions bénéfiques, le marché mondial du PV a paradoxalement traversé une période chaotique rencontrant des problèmes de surproduction, une crise industrielle et des différends commerciaux durable entre pays. Cette thèse part de ces problématiques et tente de comprendre les politiques publiques PV et les impacts sur la dynamique des technologies et des marchés. Afin de préciser ces questions, une approche systémique est utilisée pour fournir une compréhension correcte des mécanismes généraux des politiques publiques PV. Une vue d’ensemble systémique concrète de ces mécanismes est construite sur la base d’analyses théoriques et historiques en définissant les variables clés et le contexte. Une analyse rétrospective utilisant des mappings construits pour l’occasion est conduite afin de cerner les limites et défis critiques du secteur PV ainsi que les facteurs de risque. Cette thèse montre également la façon dont la nature du contexte politique change en liaison avec la dynamique du secteur PV. La thèse met en évidence que la dynamique nationale a été brisée par l’entrée de la Chine sur le secteur PV. La thèse propose au final des orientations stratégiques pour le développement du PV selon deux dimensions, nationale et internationale. Au niveau national, la thèse s’intéresse à l’autoconsommation PV en tant que manière naturelle d’utiliser l’énergie PV dans le système électrique. Cette analyse implique un changement de nature des politiques PV dans le futur. Pour terminer, afin de résoudre la crise industrielle actuelle, la thèse présente des possibilités d’actions internationales en collaboration pour créer une nouvelle demande PV dans le contexte international en recherchant des bénéfices économiques et environnementaux au niveau mondial
Solar PV systems have experienced strong market growth over the last decade supported by favorable political reactions in the energy transition context. However, despite these favorable conditions, paradoxically, the global PV market recently went through a chaotic time encountering the overproduction issue, the industry crisis and the long-lasting trade disputes. This thesis started from these problematics to understand the PV public policies and the impacts on dynamics of technology systems and markets. In order to define those issues, a systemic approach is taken to provide an accurate comprehension of the overall mechanisms of PV public policies. The concrete systemic vision of PV policy mechanisms is constructed based on theoretical and historical analysis by defining key variables and the context. A retrospective analysis using the proposed mapping tools is conducted to understand critical limits and challenges of PV development and to identify risks factors in the sector. This thesis also demonstrates how the nature of policy context changes in combined with the dynamic feature of the PV sector. Our analysis highlights the nationwide PV policy dynamics was broken with the arrival of China in the PV sector. This thesis eventually proposes strategic orientations of PV development at the two dimensions from both national and international perspectives. At the national level, this thesis discusses on PV self-consumption as the natural way of PV power use in the electricity system. This analysis implies a change in the nature of PV policies in the future. Next, as a response to the current global industry crisis, the thesis proposes opportunities of international collaborative actions to create new PV demand in the international context in pursuit of global economic and environmental benefits

Le réseau de distribution aérien, ou plus simplement le réseau de poteaux de bois et ses câbles, est encore aujourd’hui omniprésent dans la majorité des villes du Québec. Pour plusieurs, le réseau de poteaux d’utilité publique semble appartenir à une autre époque. Pourtant, les poteaux et câbles ne sont pas près de disparaître, au contraire, ils ne cessent de se transformer. Depuis peu, de plus en plus d’équipements s’ajoutent sur le réseau: boîtiers techniques, nombre de câbles, appareillages au sommet des poteaux, antennes de communication, etc. Bien que les équipements du réseau de distribution aérien soient des éléments produits industriellement, ceux-ci intègrent rarement les services du design industriel au moment de leur conception initiale. Cette recherche étudie le système de distribution aérien sous l’angle de la « pensée design ». L’intention de cette étude est d’analyser les impacts de la présence du réseau aérien en milieux urbains et a pour objectif d’orienter les pratiques de conception de ce type d’équipements. Pour ce faire, dans une optique transdisciplinaire, diverses approches ont été sollicitées dont: l’approche systémique, l’approche paysage et les approches des partenaires des réseaux. Au moyen d’une recherche documentaire et d’observations faites sur le terrain, la recherche vise à dresser un portrait général du réseau de distribution aérien et les défis qui y sont associés. La recherche expose, dans un état des lieux, les résultats issus des questions analytiques de recherche suivantes: de quoi est composé le réseau de distribution aérien, quels sont les intervenants sur le réseau, quelles sont leurs interactions, quels sont les points de vue des différentes catégories d’acteurs en relation avec le réseau, quels sont les impacts reliés à la présence du réseau en milieux urbains et quelle a été son évolution au fil des années. Dans la perspective de l’approche design, chercher à comprendre une problématique de façon plus large permet de s’assurer que l’on répond au bon problème, que l’on considère tous les facteurs en cause visant ainsi à réduire les répercussions négatives sur les contextes de vie actuels et futurs. Les principaux constats de cette recherche démontrent que la composition du réseau de distribution, avant même de considérer les nouveaux usages et l’ajout de nouveaux équipements, présente des lacunes importantes. La gestion entre les divers partenaires du réseau de distribution pose aussi problème. L’ajout de nouveaux équipements sur le réseau, combiné aux multiples équipements apparaissant sur les voies publiques laisse entrevoir l’atteinte d’un niveau de saturation des milieux urbains. Les façons de faire hermétiques et «cristallisées» des partenaires du réseau ne collent pas avec les initiatives et aspirations générales en matière d’aménagement. En étudiant la problématique du réseau de distribution par le biais de la pensée design, l’approche design cherche à déceler, de façon proactive, les opportunités de design qui permettront de mieux gérer l’apparition et l’intégration des nouveaux équipements sur les poteaux. Cette démarche permet d’envisager des solutions qui visent à limiter les répercussions collatérales une fois en contexte et qui, du même coup, adressent des problématiques connexes. Finalement, à la lumière de l’état des lieux, cette recherche propose des critères de conception de futurs réseaux de distribution, élaborés dans l’esprit de l’approche design.
The aerial distribution network, also known as the utility network, comprised of wooden poles and its cables, is still omnipresent in the majority of Québec’s cities. Although many perceive the public utility poles as belonging to another era, they are not ready to disappear; quite the opposite, they don’t cease to evolve. Recently, more and more pieces of equipment have been added to the network: technical contraptions, additional cables, apparatuses mounted on the summit, antennas for wireless communication, etc. Although these devices are industrially produced, the service of industrial designers has been rarely solicited during their initial conception. This research examines the aerial distribution system from a design prospective, an angle of the « new » design approach also called design thinking. The intent of this study is to analyze the impact of the aerial distribution network on the urban environment with the goal of better guiding future design practices of such infrastructures. In order to do so with a transdisciplinary mind-set, several approaches have been solicited: the systemic approach, the landscape approach and the approach of system partnership. Through literature search and field observation the research intends to obtain a holistic view of the aerial distribution network and its challenges. Through inventory, the research exposes the results of our analytical questioning: what does the aerial distribution network consist of, who intervenes with and within the network, what are their interactions, what are the viewpoints of the different categories of actors with regards to the network, how does the presence of the network impact the urban landscape and how has it evolved over the years. From a design perspective, seeking to understand an overall problem situation helps to insure that the right problems are being addressed, that all contributing aspects are being taken into account and thus diminishing negative repercussions on the current and future contextual situations. The main findings of this research show that the current composition of the distribution network has significant shortcomings, even without taking into consideration the newly added services, uses and equipment. Management among service providers using the network is also facing challenges. The add-on of devices combined with all other equipment that gradually appear on public streets allow us to anticipate a level of saturation within the urban landscape. The hermetic and « crystallized » practices of the service providers that share the network are neither in line with the initiatives nor with the general aspirations when it comes to urban planning. Studying the problem situation of the distribution network using a design approach allows us to proactively isolate design opportunities that aim for the improvement of the existing situation, with regards to the newly appearing equipment on the poles. This approach encourages solutions that limit collateral repercussions once in its contextual environment and addresses at the same time other problem areas. Finally, the analysis of the research results allows us to enumerate a series of guidelines for the design of a future distribution network, which have been elaborated from a design perspective.