Dissertations / Theses: 'Réseaux électriques intelligents – Tarifs'

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Besançon, Mathieu. "Modèles biniveaux pour la réponse de la demande dans les réseaux électriques intelligents." Thesis, Centrale Lille Institut, 2020. http://www.theses.fr/2020CLIL0022.

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Abstract:

Cette thèse étudie l'optimisation bi-niveau, certaines variantes et une application à la tarification dans les réseaux électriques intelligents.Les problèmes d'optimisation bi-niveaux sont une sous-catégorie de problèmes d'optimisation mathématique contrainte où un deuxième problème ou deuxième niveau estprésent dans les contraintes.Nous étudions leur application à un tariff variable en temps et en niveau de consommation, permettant à un fournisseur d'énergie d'exploiter la flexibilité de consommateurs par des incitations économiques.Une généralisation des problèmes bi-niveaux est également proposée, dans laquelle le deuxième niveau peut sélectionner une solution qui n'est pas optimale contrairement au modèle bi-niveau classique mais quasi-optimale.Résoudre cette variante de problèmes bi-niveaux demande l'anticipation de cette déviation de la solution de deuxième niveau de l'optimalité et garantit qu'une solution au problème bi-niveau sera réalisable malgré cette déviation
This thesis focuses on bilevel optimization, some variants, and an application to optimal price-setting in smart power grids.Bilevel optimization problems are a special subclass of constrained mathematical optimization problems where another problem, the lower level is embedded in the constraints.We consider their application to the optimal pricing of a Time-and-Level-of-Use Demand Response program, allowing an electricity supplier to leverage the flexibility of users through an economic incentive.A generalized form of bilevel optimization is also proposed where the lower level may pick a solution that is not optimal as typically assumed but near-optimal, that is feasible and within a fixed tolerance from an optimal solution.Solving this variant of bilevel optimization requires anticipation of the deviation from optimality and a guarantee that a solution remains feasible even with this deviation

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Alsalloum, Hala. "Gestion décentralisée des interactions complexes entre producteurs et consommateurs d'énergie électrique." Thesis, Troyes, 2021. http://www.theses.fr/2021TROY0008.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la proposition d’une approche décentralisée pour la gestion de la demande d’énergie dans le cadre des smart grids. L'objectif principal est de promouvoir les économies d'énergie et l'utilisation des ressources énergétiques propres, tout en incitant les utilisateurs à participer activement à la gestion de la demande. A cet égard, la maîtrise de la consommation énergétique devient une priorité. Elle s’applique à plusieurs niveaux depuis le quartier jusqu’à la ville. Les travaux présentés dans cette thèse se situent dans ce cadre. Nous présentons en premier une modélisation des comportements divers des agents présents au sein du marché de l’énergie, basée sur la théorie des jeux tout en prenant en compte plusieurs contraintes comme l’hétérogénéité de producteurs et de consommateurs présents, et les contraintes spatiales et temporelles. Ensuite, nous essayons de répondre à leurs besoins en : (1) optimisant la demande de l’énergie (de la part des consommateurs qui deviennent eux-mêmes des producteurs d’énergie grâce à l’intégration des énergies renouvelables) et (2) son prix (de la part des producteurs). Enfin, nous proposons des algorithmes distribués partagés entre les joueurs pour atteindre un état stable du jeu. Des comparaisons avec des scénarios conventionnels connus dans ce domaine ont montré l’efficacité de nos contributions
This thesis focuses on the proposal of a decentralized approach for managing energy demand in the context of smart grids. The main objective is to promote energy savings and the use of clean energy resources, while encouraging users to actively participate in demand management. In this regard, controlling energy consumption becomes a priority. It applies at several levels from the neighborhood to the city. The work presented in this thesis falls within this framework. We first present a modeling of the various behaviors of the agents present within the energy market, based on game theory while taking into account several constraints such as the heterogeneity of producers and consumers present, and the spatial and temporal constraints. Then, we try to meet their needs by: (1) optimizing the demand for energy (from consumers’ side who themselves become energy producers through the integration of renewable energies) and (2) its price (from producers’ side). Finally, we propose distributed algorithms shared between players to achieve a stable state of the game. Comparisons with conventional scenarios known in this field have shown the effectiveness of our contributions

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Amicarelli, Elvira. "Stratégies de gestion des réseaux électriques intelligents à fort taux de production renouvelable distribuée." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT056/document.

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Abstract:

En 2007 avec la directive sur les énergies renouvelables, l’Union Européen s’est engagée à développer une économie à faible intensité de carbone. Cette directive amène à réduire les émissions de gaz à effet de serre en augmentant entre autres la partie d’énergie produite par des sources renouvelables. Le processus d’insertion massive d’énergies renouvelables dans le mix électrique européen, est d’ores et déjà un fait acquis et ses effets sont tangibles. Cependant, à côté de ses effets environnementaux bénéfiques, l’intégration à large échelle du renouvelable ne va pas sans causer des interrogations techniques et réglementaires. Par conséquent, de nouvelles stratégies de gestion du système électrique doivent être pensées et actées pour garantir un fonctionnement fiable et économiquement acceptable. Les micro réseaux sont à cet effet, un réceptacle intégrateur avec suffisamment de flexibilité pour accueillir un système de gestion capable de répondre aux exigences ci-dessus. Les travaux de cette thèse sont centrés sur la conception, le développement et l’implémentation de différentes stratégies de gestion des micro réseaux. Les algorithmes développés visent, soit à faciliter l’intégration du renouvelable à large échelle, soit à garantir un fonctionnement efficace et économique du système électrique. Une nouvelle architecture de réseau de distribution composé de micro réseaux clustérisés a été premièrement proposée. Chaque micro réseau est composé de systèmes de production à base ou non de renouvelable, des systèmes de stockage et de charges. Une stratégie de gestion énergétique optimale a été ensuite définie et développée. Cette stratégie permet de gérer la planification à court-terme et le contrôle en temps-réel des micro réseaux via un usage adéquat des sources et ce, tout en réduisant le coût du micro réseau. Un système multi-agents et l’optimisation linéaire mixte en nombres entiers ont été utilisés pour le développement et l’implémentation de cette stratégie intelligente distribuée. D’un point de vue extérieur, chaque micro réseau est vu comme une entité cohérente capable de supporter le fonctionnement du réseau principal en utilisant un ensemble de ses sources flexibles. Ainsi, que la seconde partie de cette thèse exploitera les clusters des micro réseaux et leurs propriétés pour gérer au mieux le réseau de distribution hôte. La conceptualisation technico-économique de différents mécanismes de gestion des réseaux de distribution a été abordée. Le développement d’une architecture de gestion hiérarchisée en plusieurs niveaux d’intelligence a permis de réduire la complexité du système et faciliter l’implémentation d’un réseau flexible, extensible et à fort taux de pénétration de renouvelables. Cette gestion distribuée a été possible grâce à une connaissance locale des modèles et des comportements des différentes systèmes connectés, et à un usage local des informations. Les travaux théoriques ont été ensuite testés sur une plateforme expérimentale conséquente et les résultats finaux ont corroboré les attentes de la théorie
In 2007 with the renewable energy directive, the European Union established the development of a low-carbon economy. This directive aims to decrease greenhouse gas emissions by increasing the energy produced by renewable energy. Already today, the massive diffusion of renewable systems is tangible in the European electricity mix. However, in spite of their potential benefits, their large-scale integration leads to new technical and regulatory questions. Consequently, new management strategies need to be developed and applied in order to ensure a reliable and economical operation of the system. Microgrids are considered to be one of the most effective and flexible solutions able to meet these new needs.The main goals of this thesis are the conceptualization, development and implementation of different management strategies for microgrids. The algorithms developed aim to facilitate the massive integration of renewables and at the same time lead to an effective and economic operation of the systems. A new architecture of distribution grids based on cluster of microgrids was proposed. Each microgrid is composed of a number of renewable-based and conventional generation systems, storage systems and consumption. An optimal and distributed energy management strategy was then defined and developed. This strategy allows to manage the short-term energy management and real-time control of microgrids by using the connected sources in a smart and cost-efficient way. A multi-agent system and the mixed integer linear optimization technique were used for the implementation of this strategy.From a global point of view, each microgrid is seen as a coherent entity, which can support network operation by using its flexible and aggregated sources. Hence, the second part of this thesis aims to understand how distribution grids can exploit these cluster of microgrids and their properties. Different mechanisms for the active management of distribution grids are conceptualized from the technical and economical point of view. A new strategy based on hierarchical management of different smart levels allow to reduce the complexity of the system and to implement a more flexible and extensible system, thanks to a more local use of model knowledge and users behaviour. On the end, the theoretical work were tested on an experimental test-bed in order to show the effectiveness of the proposed theories

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Von, Niederhäusern Léonard. "Conception et tarification de nouveaux services en énergie dans un environnement compétitif." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0004.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer et étudier des modèles mathématiques d’échanges économiques, basés sur la flexibilité de la demande, entre fournisseurs et consommateurs d’électricité. D’une part, des fournisseurs d’électricité offrent des prix dépendant de l’heure de consommation. D’autre part, des consommateurs adaptent leur usage, minimisant leur facture et le désagrément lié aux changements de consommation induits. La structure de ces problèmes correspond à des problèmes d’optimisation bi-niveau. Trois types de modèles sont étudiés. Tout d’abord, l’interaction entre un fournisseur et un opérateur de smart grid est modélisée par un problème à un seul meneur et un seul suiveur. Pour cette première approche, le niveau de détails du suiveur est particulièrement élevé, et inclut notamment une gestion stochastique de la production distribuée. La meilleure réponse d’un fournisseur dans un modèle à plusieurs meneurs et plusieurs suiveurs fait l’objet de la seconde partie de la thèse. Celle-ci intègre aussi la possibilité d’avoir des agrégateurs comme suiveurs. Deux nouvelles méthodes de résolution reposant sur la sélection d’équilibres de Nash entre suiveurs sont proposées. Enfin, dans une troisième et dernière partie, on se focalise sur la recherche d’équilibres non coopératifs pour ce modèle à plusieurs meneurs et plusieurs suiveurs.Tous les problèmes abordés dans cette thèse le sont non seulement d’un point de vue théorique, mais également d’un point de vue numérique
The objective of this thesis is to develop and study mathematical models of economical exchanges between energy suppliers and consumers, using demand-side management. On one hand, the suppliers offer time-of-use electricity prices. On the other hand, energy consumers decide on their energy demand schedule, minimizing their electricity bill and the inconvenience due to schedule changes. This problem structure gives rise to bilevel optimization problems.Three kinds of models are studied. First, single-leader single-follower problems modeling the interaction between an energy supplier and a smart grid operator. In this first approach, the level of details is very high on the follower’s side, and notably includes a stochastic treatment of distributed generation. Second, a multi-leader multi-follower problem is studied from the point of view of the best response of one of the suppliers. Aggregators are included in the lower level. Two new resolution methods based on a selection of Nash equilibriums at the lower level are proposed. In the third and final part, the focus is on the evaluation of noncooperative equilibriums for this multi-leader multi-follower problem.All the problems have been studied both from a theoretical and numerical point of view

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Sidqi, Yousra. "Analyse et planification fractales des réseaux électriques du futur." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT089.

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Abstract:

L’analyse des infrastructures urbaines s’est récemment éloignée des considérations sur le logement et la ségrégation urbaine et a adopté une vision plus systémique des nouveaux équipements et services en tenant compte du métabolisme urbain et des vulnérabilités, des villes intelligentes, des réseaux de communication et des réseaux urbains (eau, routes, etc.). Les relations complexes entre la structure urbaine et la mobilité quotidienne ont été examinées dans la littérature.Les systèmes électriques constituent une infrastructure clé des villes intelligentes. Ils sont supposés être de plus en plus importants car ils sont constitués d'un assemblage récursif de dispositifs actifs, de bâtiments intelligents, de micro-réseaux, de réseaux de quartiers, etc.Les approches classiques utilisées pour étudier les systèmes d’énergie sont mono-échelle; par conséquent, ils ne permettent pas de comprendre les systèmes complexes. Comprendre cette complexité permet de concevoir des architectures flexibles et résilientes pour l'optimisation des opérations des réseaux intelligents. C'est un défi majeur d'accroître l'efficacité et d'éviter ou de mieux gérer les pannes aléatoires. De plus, au niveau urbain, les réseaux électriques fournissent un accès énergétique aux bâtiments. Leur développement spatial devrait donc être mis en corrélation avec les modèles construits. Par conséquent, il semble intéressant d’examiner dans quelle mesure le réseau électrique actuel s’adapte aux espaces bâtis et au réseau routier existants. Cela conduira à une meilleure perception de la couverture spatiale actuelle du réseau électrique par rapport au réseau routier. Ces résultats serviraient à reconfigurer les structures urbaines existantes et à créer une nouvelle architecture pour la planification future des quartiers urbains. Nous menons une approche fractale d’analyse des propriétés des systèmes électriques et de leurs organisations à toutes les échelles. Pour montrer l'utilité de notre approche, les résultats sont présentés pour le réseau Moyenne Tension de Grenoble mais également pour le réseau BT de la région Franche-Comté.Le concept de fractalité a été introduit dans les années 1960 par B. B. Mandelbrot qui a défini les fractales comme des modèles auto-similaires dans lesquels l'objet fractal se reproduit de la même manière à différentes échelles.La géométrie fractale est utilisée depuis plus de vingt ans dans les disciplines de la météorologie, de la biologie, de la physique, de la thermodynamique, de l’art, de l’histoire, de la philosophie de la sismologie mais aussi de la géographie. En considérant les tissus urbains, l’analyse fractale s’est avérée un instrument puissant pour explorer leur organisation spatiale. Les réseaux de transport en commun ont également été pris en compte et ont montré une connexion entre les espaces construits et les réseaux de rues.L'approche fractale est géométrique, ce qui permet d'étudier des phénomènes spatiaux en utilisant des modèles de référence ou des mesures fractales morphométriques. En utilisant des mesures fractales, nous pouvons vérifier l’existence de lois d’échelle hiérarchiques dans les distributions spatiales. Pouvoir étudier un phénomène à différentes échelles offre la possibilité de découvrir des seuils ou des ruptures au sein de l'organisation spatiale. Une classification morphologique des réseaux devient possible car cette approche met en évidence l'organisation interne qui n'apparaît pas à l'aide d'autres approches.Les tissus urbains et les réseaux associés ne sont généralement pas issus d'un processus de planification cohérent et ne présentent aucune organisation spécifique évidente. Cependant, ils sont profondément multi-échelles. Par conséquent, utiliser des fractales semble être un moyen intéressant de caractériser ces formes et de démêler la complexité des couches sous-jacentes, ce qui est un pas de plus que les approches euclidiennes classiques
Urban infrastructure analysis has shifted recently from the original considerations about housing and urban segregation to a more systemic view of new facilities and utilities taking into consideration urban metabolism and vulnerabilities, smart cities, communication networks and urban networks (water, roads,..). Complex relationships between the urban structure and daily mobility were investigated and scrutinized in the literature.Power systems are a key infrastructure of smart cities. They are supposed to become in the future more and more scaling because they are made of recursive assembly of active devices, smart buildings, micro-grids, district grids…Studying the relationships of the power grid with related networks within this urban structure is getting more attention as part of planning more sustainable, energy efficient future cities.Classical approaches used to investigate power systems are mono-scale; hence they do not allow to comprehend complex systems with structural elements often belonging to different scales. Understanding this complexity helps design flexible and resilient architectures for the optimization of smart grids operations. This is a major challenge to increase efficiency and to avoid or better manage random breakdowns.Moreover, at an urban level, power networks provide energy access to buildings. Their spatial development should thus be correlated to built-up patterns. We may as well expect that power networks go through existing corridors, which means here the street networks. Therefore, it seems interesting to explore to what extent the current power grid fits the existing built-up spaces and road network. This will lead to a better perception of how the current power grid spatial coverage is with regard to the road network. These results would ultimately be used to propose a reconfiguration of the existing urban structures but and also a new architecture for future planning of urban districts.Traditional models such as complex networks theory, stochastic geometry or random graph do not consider geometrical, functional and dynamical aspects of a city and its associated networks at the same time. Hence, we carry out a fractal-based approach to analyze the properties of power systems and understand their organization across scales. To show the usefulness of our approach, results are shown for Grenoble’s Medium Voltage network but also on the LV network of the Franche-Comté region. We will focus on the structural concordance between the power grid, the road network and the buildings.Fractal geometry has been widely and rather successfully used for over twenty years in disciplines like meteorology, biology, physics, thermodynamics, art, history, philosophy of seismology but also in geography. While considering urban fabrics, fractal analysis turned out to be a powerful instrument for exploring their spatial organization. Public transportation networks were considered as well and showed a connection between both built-up spaces and street networks.The fractal approach is geometrical, which makes it possible to study spatial phenomena either by using reference models or morphometric fractal measurements. By using fractal measurements, we can verify the existence of hierarchical scaling laws in spatial distributions. Being able to study a phenomenon throughout different scales provides the possibility of discovering thresholds or breaks within spatial organization.Urban fabrics and related networks are usually not issued from any coherent planning process and show no obvious specific organization. However, they are deeply multiscale, reaching the metropolitan scale to that of buildings. Hence, using fractals seems to be an interesting way to characterize these forms and unravel the complexity of underlying layers, which is a step further than classical Euclidian approaches

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Roche, Robin. "Algorithmes et architectures multi-agents pour la gestion de l'énergie dans les réseaux électriques intelligents." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00864268.

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Abstract:

Avec la convergence de plusieurs tendances profondes du secteur énergétique, lesréseaux électriques intelligents (smart grids) émergent comme le paradigme principal pourla modernisation des réseaux électriques. Les smart grids doivent notamment permettred'intégrer de larges proportions d'énergie renouvelable intermittente, de stockage et devéhicules électriques, ainsi que donner aux consommateurs plus de contrôle sur leur consommationénergétique. L'atteinte de ces objectifs repose sur l'adoption de nombreusestechnologies, et en particulier des technologies de l'information et de la communication.Ces changements transforment les réseaux en des systèmes de plus en plus complexes,nécessitant des outils adaptés pour modéliser, contrôler et simuler leur comportement.Dans cette thèse, l'utilisation des systèmes multi-agents (SMA) permet une approchesystémique de la gestion de l'énergie, ainsi que la définition d'architectures et d'algorithmesbénéficiant des propriétés des SMA. Cette approche permet de prendre en compte lacomplexité d'un tel système cyber-physique, en intégrant de multiples aspects commele réseau en lui-même, les infrastructures de communication, les marchés ou encore lecomportement des utilisateurs. L'approche est mise en valeur à travers deux applications.Dans une première application, un système de gestion de l'énergie pour centrales àturbines à gaz est conçu avec l'objectif de minimiser les coûts de fonctionnement et lesémissions de gaz à effet de serre pour des profils de charge variables. Un modèle de turbineà gaz basé sur des données réelles est proposé et utilisé dans un simulateur spécifiquementdéveloppé. Une métaheuristique optimise dynamiquement le dispatching entre les turbinesen fonction de leurs caractéristiques propres. Les résultats montrent que le systèmeest capable d'atteindre ses objectifs initiaux. Les besoins en puissance de calcul et encommunication sont également évalués.Avec d'autres mesures de gestion de la demande, l'effacement diffus permet de réduiretemporairement la charge électrique, par exemple dans la cas d'une congestion du réseaude transport. Dans cette seconde application, un système d'effacement diffus est proposéet utilise les ressources disponibles chez les particuliers (véhicules électriques, climatisation,chauffe-eau) pour maintenir la demande sous une valeur limite. Des aggrégateursde capacité de réduction de charge servent d'interface entre les opérateurs du réseau etun marché de l'effacement. Un simulateur est également développé pour évaluer la performancedu système. Les résultats de simulations montrent que le système réussit àatteindre ses objectifs sans compromettre la stabilité du réseau de distribution en régimecontinu.

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Kusnetsova, Elizaveta. "Microgrid agent-based modelling and optimization under uncertainty." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2014. http://www.theses.fr/2014VERS005S.

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Abstract:

Le travail de recherche est axé sur la gestion de l'énergie dans les micro réseaux électriques. La contribution scientifique est ici basée sur: (i) des approches de modélisation d'intelligence individuelle pour la gestion d'énergie sous incertitudes et (ii) la gestion de l'énergie dans un micro réseau intégrant différents acteurs avec des objectifs conflictuels. Les acteurs de micro réseaux, opérant sous un accès limité aux informations et en présence d'incertitudes opérationnelles et environnementales, sont modélisés par une approche orientée agent (Agent-Based Modelling). Les approches considérées pour la modélisation de l'intelligence individuelle dans cette thèse, i. E. L'apprentissage par renforcement (Reinforcement Learning) et l'optimisation robuste (Robust Optimization), attribuent à chaque agent des capacités de prise de décision,d'adaptation à leur environnement stochastique et d'interactions avec d'autres agents. Les méthodes de modélisation développées ont été testées sur des micro réseaux urbains impliquant différents consommateurs d'énergie, des sources d'énergie renouvelable et des moyens de stockage, afin d'optimiser la gestion de l'énergie en termes de fiabilité et des aspects économiques, sous incertitudes opérationnelle, environnementale et de défaillances des composants
This thesis concerns the energy management of electricity microgrids. The scientific contribution follows two directions: (i) modelling individual intelligence in energy management under uncertainty and (ii) microgrid energy management integrating diverse actors with conflicting objectives. Agent-Based Modelling (ABM) is used to describe the dynamics of microgrid actors operating under limited access to information, and operational and environmental uncertainties. The approaches considered to model individual intelligence in this thesis, Reinforcement Learning and Robust Optimization, provide each agent with the capability of making decision, adapting to the stochastic environment and interacting with other agents. The modelling frameworks developed have been tested on urban microgrids integrating different energy consumers, sources of renewable energy and storage facilities, for optimal energy management in terms of reliability and economic indicators under operational and environmental uncertainty, and components failures

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Hadj, said Ahmed. "Intégration du stockage dans les méthodes de planification des réseaux électriques basse tension." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT004/document.

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Abstract:

L’ouverture des marchés de l’énergie et les nouveaux usages ont induit à des changements significatifs sur les réseaux de distribution (le réseau basse tension – BT – notamment), comme : l’augmentation des interconnections de production à partir de sources d’énergies renouvelables (EnR), l’accroissement de la pointe de consommation, entre autres. Ces derniers créent des contraintes électriques. Dans l’optique d’une gestion pragmatique des réseaux électriques intelligents, des gisements de flexibilité comme le pilotage des charges/sources ou le stockage sont recherchés pour offrir des nouvelles solutions à ces contraintes. Cette thèse étudie ainsi les enjeux de la gestion du stockage et son impact dans les méthodes de planification des réseaux BT. Ainsi, dans un premier temps, les impacts du stockage et de la production photovoltaïque sur des grandeurs utilisées dans la planification des réseaux de distribution sont étudiés. Dans un second temps, une méthode de calcul des coûts des pertes est adaptée à la présence du stockage et/ou de la production PV. Dans une dernière partie, des algorithmes de fonctions avancées de conduite sont développés afin d’illustrer la valeur économique du stockage dans la planification des réseaux BT, et comparés à une planification classique plus couteuse
The opening up of energy markets and new uses have led to significant changes in distribution grids, in particular low-voltage grids. Notably, it has led to an augmentation in the integration of renewable energy production, an increase in the peak consumption, among others. This is accompanied by the appearance of the electrical constraints with which power systems must cope. This has resulted in the development multiple flexibility capabilities such as load/source management or energy storage, providing new solutions, now to be considered in planning methods. This thesis studies the issue of energy storage in the low-voltage grid planning. The first part of this thesis studies the impact of storage and photovoltaic production on variables involved in distribution grid planning. In the second part, a method for calculating the cost of losses is adapted to the presence of energy storage and/or PV production. Finally, advanced d operation algorithms are developed to illustrate the economic value of energy storage in LV distribution grid planning, compared to a more expensive conventional planning method

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Montenegro, Martinez Davis. "Diakoptics basée en acteurs pour la simulation, la surveillance et la comande des réseaux intelligents." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT106/document.

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Abstract:

La simulation de systèmes d'énergie est un outil important pour la conception, le développement et l'évaluation de nouvelles architectures et des contrôles grille dans le concept de réseau intelligent pour les dernières décennies. Cet outil a évolué pour répondre aux questions proposées par les chercheurs et les ingénieurs dans les applications de l'industrie, et pour offrant des différentes alternatives pour couvrir plusieurs scénarios réalistes.Aujourd'hui, en raison des progrès récents dans le matériel informatique, la Simulation numérique en temps réel (DRTS) est utilisée pour concevoir des systèmes de puissance, afin de soutenir les décisions prises dans les systèmes de gestion de l'énergie automatisés (SME) et de réduire le délai de commercialisation de produits, entre des autres applications.Les simulations de réseaux électriques peuvent être classées dans les catégories suivantes: (1) la simulation analogique (2) hors simulation de ligne (3) de simulation entièrement numérique (4) la simulation rapide (5) Contrôleur Hardware-In-the-Loop (CHIL) et (6) Puissance Hardware-In-the-Loop (PHIL).Les dernière 3 sont axés sur la simulation Real-Time hardware-in-the-Loop (HIL RT-). Ces catégories portent sur les questions liées à Transitoires électromagnétiques (liste EMT), la simulation de phaseurs ou mixte (phaseur et EMT). Comme mentionné ci-dessus, ces progrès sont possibles en raison de l'évolution des architectures informatiques (matériels et logiciels); Cependant, pour le cas particulier de l'analyse des flux de puissance des réseaux de distribution (DS), il y a encore des défis à résoudre.Les architectures informatiques actuelles sont composées de plusieurs noyaux, laissant derrière lui le paradigme de la programmation séquentielle et conduisant les développeurs de systèmes numériques pour examiner des concepts comme le parallélisme, la concurrence et les événements asynchrones. D'autre part, les méthodes pour résoudre le flux de puissance dynamique des systèmes de distribution considérer le système comme un seul bloc; ainsi, ils utilisent une seule base pour l'analyse des flux de puissance, indépendamment de l'existence de plusieurs cœurs disponibles pour améliorer les performances de la simulation.Répartis dans des procédés en phase et de la séquence, ces procédés ont en caractéristiques communes telles que l'examen d'une seule matrice creuse pour décrire les DS et qu'ils peuvent résoudre simultanément une seule fréquence.Ces caractéristiques font dès les méthodes mentionné sont pas appropriées pour le traitement avec multiple noyaux. En conséquence, les architectures informatiques actuelles sont sous-utilisés, et dégrade la performance des simulateurs lors de la manipulation de grandes DS échelle, changer DS topologie et y compris les modèles avancés, entre autres des activités de la vie réelle.Pour relever ces défis Cette thèse propose une approche appelée A-Diakoptics, qui combine la puissance de Diakoptics et le modèle de l'acteur; le but est de faire toute méthode classique d'analyse de flux d'énergie appropriée pour le traitement multithread. En conséquence, la nature et la complexité du système d'alimentation peuvent être modélisées sans affecter le temps de calcul, même si plusieurs parties du système d'alimentation fonctionnent à une fréquence de base différente comme dans le cas de micro-réseaux à courant continu. Par conséquent, l'analyse des flux de charge dynamique de DS peut être effectuée pour couvrir les besoins de simulation différents tels que la simulation hors ligne, simulation rapide, CHIL et PHIL. Cette méthode est une stratégie avancée pour simuler les systèmes de distribution à grande échelle dans des conditions déséquilibrées; couvrant les besoins de base pour la mise en œuvre d'applications de réseaux intelligents
Simulation of power systems is an important tool for designing, developing and assessment of new grid architectures and controls within the smart grid concept for the last decades. This tool has evolved for answering the questions proposed by academic researchers and engineers in industry applications; providing different alternatives for covering several realistic scenarios. Nowadays, due to the recent advances in computing hardware, Digital Real-Time Simulation (DRTS) is used to design power systems, to support decisions made in automated Energy Management Systems (EMS) and to reduce the Time to Market of products, among other applications.Power system simulations can be classified in the following categories: (1) Analog simulation (2) off line simulation (3) Fully digital simulation (4) Fast simulation (5) Controller Hardware-In-the-Loop (CHIL) simulation and (6) Power Hardware-In-the-Loop (PHIL) simulation. The latest 3 are focused on Real-Time Hardware-In-the-Loop (RT-HIL) simulation. These categories cover issues related to Electromagnetic Transients (EMT), phasor simulation or mixed (phasor and EMT). As mentioned above, these advances are possible due to the evolution of computing architectures (hardware and software); however, for the particular case of power flow analysis of Distribution Systems (DS) there are still challenges to be solved.The current computing architectures are composed by several cores, leaving behind the paradigm of the sequential programing and leading the digital system developers to consider concepts such as parallelism, concurrency and asynchronous events. On the other hand, the methods for solving the dynamic power flow of distribution systems consider the system as a single block; thus they only use a single core for power flow analysis, regardless of the existence of multiple cores available for improving the simulation performance.Divided into phase and sequence frame methods, these methods have in common features such as considering a single sparse matrix for describing the DS and that they can solve a single frequency simultaneously. These features make of the mentioned methods non-suitable for multithread processing. As a consequence, current computer architectures are sub-used, affecting simulator's performance when handling large scale DS, changing DS topology and including advanced models, among others real life activities.To address these challenges this thesis proposes an approach called A-Diakoptics, which combines the power of Diakoptics and the Actor model; the aim is to make any conventional power flow analysis method suitable for multithread processing. As a result, the nature and complexity of the power system can be modeled without affecting the computing time, even if several parts of the power system operate at different base frequency as in the case of DC microgrids. Therefore, the dynamic load flow analysis of DS can be performed for covering different simulation needs such as off-line simulation, fast simulation, CHIL and PHIL. This method is an advanced strategy for simulating large-scale distribution systems in unbalanced conditions; covering the basic needs for the implementation of smart grid applications

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Codani, Paul. "Integration des véhicules électriques dans les réseaux électriques : Modèles d’affaire et contraintes techniques pour constructeurs automobiles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLC073/document.

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Abstract:

Les ventes de Véhicules Électriques (VE) ont fortement augmenté ces dernières années. Si les processus de charge de ces VE ne sont pas gérés de manière intelligente, ils risquent de surcharger les réseaux électriques. Inversement, les VE pourraient représenter une opportunité pour ces réseaux en tant qu'unités de stockage distribuées.Cette thèse se propose d’étudier l’intégration intelligente des véhicules rechargeables dans les réseaux électriques d’un point de vue technique, réglementaire et économique. Dans un premier temps, le cadre général nécessaire au développement de ces solutions est passé en revue : les domaines d’application et scenarios de référence sont décrits, les acteurs principaux listés, et les défis principaux analysés.Ensuite, l’accent est mis sur les services système, et plus particulièrement sur le réglage de fréquence. Les conditions règlementaires permettant la participation d’une flotte de véhicules électriques à ce service sont étudiées à partir d’une revue des règles de gestionnaires de réseau de transport existants. De nombreuses simulations techniques et économiques sont réalisées, pour différentes règles de marché.Les services réseau locaux sont ensuite considères. Un éco-quartier est modélisé : il comprend différentes unités de consommation et des sources de production distribuées. Un gestionnaire énergétique local est proposé : son rôle est de contrôler les taux de charge / décharge des véhicules électriques de l’éco-quartier dans l’objectif de limiter les surcharges subies par le transformateur électrique de l’éco-quartier. Des conséquences économiques sont tirées des résultats techniques.Enfin, des résultats expérimentaux sont présentés. Le comportement de deux VE est analysé, dont un dispose de capacités bidirectionnelles. Les preuves de concept expérimentales confirment les capacités théoriques des véhicules électriques : il s’agit d’unités à temps de réponse très court (même en considérant l’architecture TIC complète) et ils sont capables de réagir à des signaux réseau très précisément
Electric vehicles (EVs) penetration has been rapidly increasing during the last few years. If not managed properly, the charging process of EVs could jeopardize electric grid operations. On the other hand, Grid Integrated Vehicles (GIVs), i.e. vehicles whose charging and discharging patterns are smartly controlled, could turn into valuable assets for the electrical grids as distributed storage units.In this thesis, GIVs are studied from a technical, regulatory, and economics perspectives. First, the general framework for a smart grid integration of EVs is reviewed: application areas and benchmark scenarios are described, the main actors are listed, and the most important challenges are analyzed.Then, the emphasis is put on system wide services, and more particularly on frequency control mechanisms. The regulatory conditions enabling the participation of GIV fleets to this service are studied based on an intensive survey of existing transmission system operator rules. Several economics and technical simulations are performed for various market designs.Then, local grid services are investigated. A representative eco-district is modeled, considering various consumption units and distributed generation. A local energy management system is proposed; it is responsible for controlling the charging / discharging patterns of the GIVs which are located in the district in order to mitigate the overloading conditions of the eco-district transformer. Economic consequences are derived from this technical analysis.At last, some experimental results are presented. They show the behavior of two GIVs, including one with bidirectional capabilities. The experimental proof of concepts confirm the theoretical abilities of GIVs: they are very fast responding units (even considering the complete required IT architecture) and are able to follow grid signals very accurately

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Chabaud, Aurélie. "Micro-réseau intelligent pour la gestion des ressources énergétiques." Perpignan, 2014. https://hal-univ-perp.archives-ouvertes.fr/tel-01260201.

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Leprêtre, Nicolas. "Les transformations de l’action publique au prisme des réseaux électriques intelligents. Le cas des expérimentations de smart communities au Japon." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN033/document.

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Abstract:

Dans un contexte de multiplication d’expérimentations de « réseaux électriques intelligents » (REI) et de « villes intelligentes » à travers le monde, cette thèse questionne les reconfigurations qui affectent l’action publique liée à l’énergie depuis l’émergence de ces innovations technologiques. À partir d’une analyse de l’instrumentation des politiques énergétiques et de la gouvernance de quatre démonstrateurs de « smart communities » au Japon, nous souhaitons saisir la reformulation du rôle de l’État et de ses modes d’interaction avec les collectivités territoriales et avec les acteurs privés. Nous défendons la thèse que la pratique de l’expérimentation tend à devenir un instrument privilégié de la conduite des politiques locales, en réponse à d’importantes transformations qui affectent les politiques énergétiques. En nous appuyant sur une analyse néo-institutionnaliste, nous montrons que l’introduction des REI est marquée par des permanences dans le processus d’élaboration des politiques publiques et dans les cadres cognitifs mobilisés, mais aussi par un « changement graduel transformateur » dans les instruments déployés. À travers l’étude des quatre premiers démonstrateurs de smart community mis en place entre 2010 et 2015 par le Ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie (METI) à Yokohama, Toyota, Kyōto Keihanna et Kitakyūshū, nous procédons à une analyse de l’influence de la pratique expérimentale sur la production de politiques énergétiques locales et sur les modes d’interaction entre l’État et les acteurs locaux. Il apparaît alors que la pratique expérimentale est appropriée par les acteurs locaux volontaristes comme un moyen de valoriser leurs « bonnes pratiques » et d’ériger leur territoire en vitrine de l’exemplarité. Cette démarche s’inscrit dans une perspective stratégique visant à capter les financements privés et publics, mais elle résulte aussi d’un repositionnement de l’appareil étatique visant à renforcer son contrôle au sein de politiques énergétiques territorialisées par la promotion d’expérimentations en phase avec ses stratégies. Nous mobilisons en particulier les notions de « méta-gouvernance » et de « gouvernement à distance » pour qualifier les dispositifs déployés par l’État pour conférer des marges de manœuvre aux acteurs locaux et accorder des concessions ponctuelles qui s’inscrivent dans ses perspectives stratégiques, tout en effectuant un contrôle sur ce processus afin de maintenir la structure du réseau
As smart grids’ experiments and smart cities are spreading through the world, this doctoral thesis questions the reconfigurations that have been affecting public action about energy issues since the appearance of these technological innovations. Through an analysis of energy policy tools and case studies of the governance of four ‘smart communities’ demonstration projects in Japan, my goal is to understand how the State redefines its role and its process of interaction with local governments and private actors. My main contribution is to analyze the practice of experimentation as an emerging tool of local policies, in response to major transformation that affect energy policies. Based on a neo-institutionalist approach, I highlight that the introduction of smart grids is based on continuities in terms of policymaking process and cognitive frames, while the policy tools used to implement smart grids are characterized by a ‘gradual institutional change’. Through an analysis of the first ‘smart communities’ demonstration projects that have been implemented by the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) between 2010 and 2015 in Yokohama, Toyota, Kyōto Keihanna et Kitakyūshū, I study the influence of experimentations in the implementation of local energy policies and in the interactions between the State and local actors. My case studies show that proactive local actors took over experiment as a way of enhancing the exemplariness of their territory and “best practices”. From a strategic point of view, this approach aims at attracting public and private funding, but in an institutional perspective, it also reveals how the State positions itself in order to increase its control over territorialized energy policies by promoting experimentation projects according to its strategies. I use the notion of ‘meta-governor’ and ‘governing by distance’ as a way of describing the measures implemented by the METI and other ministries to give room for manoeuvre to local actors and to grant concessions that fits with their strategies, while controlling over this process in order to maintain the general structure of the grid

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Melhem, Fady Y. "Méthodes d'optimisation et de gestion de l’énergie dans les réseaux intelligents "Smart Grids"." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCA014/document.

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Abstract:

Les réseaux électriques actuels connaîtront un profond changement dans les années à venir. La nouvelle génération est le Smart Grid (SG) ou le réseau électrique intelligent qui se caractérise par une couche d'information et de communication qui permet aux différents composants du réseau de communiquer. Il doit considérer tous les aspects du réseau électrique, le rendant plus intelligent et flexible. Cette notion est présentée comme une réponse à l'évolution du marché de l'électricité, visant à gérer l’augmentation de la demande tout en assurant une meilleure qualité de service et plus de sécurité.Premièrement, nous présentons une formulation de programmation linéaire mixte en entier pour optimiser les systèmes de production et de consommation d'énergie dans une maison intelligente avec un déploiement efficace de plusieurs ressources énergétiques distribuées. Ensuite, à travers la conception d'expériences avec la méthode de Taguchi, divers scénarios sont introduits en faisant varier des facteurs significatifs. Par la suite, une technique heuristique est proposée pour résoudre le problème de la gestion de l'énergie résidentielle en trouvant la solution optimale globale pendant plusieurs jours consécutifs avec une réduction significative du temps d'exécution.Deuxièmement, un modèle de gestion de l'énergie est assuré grâce à des modèles mathématiques pour optimiser l’utilisation du réseau, des ressources énergétiques renouvelables, des véhicules électriques et de la batterie, ainsi que pour différents types d'appareils thermiques et électriques. Une méthode de solution exacte est mise en œuvre pour réduire le coût de l'électricité dans une maison intelligente et pour trouver des modes de fonctionnement de différentes charges. Ensuite, un algorithme d'optimisation math-heuristique est proposé pour résoudre le problème avec un temps de simulation étendu.Enfin, nous étudions le problème de gestion de l'énergie dans un microréseau constitué de plusieurs maisons intelligentes. Chacune d'elles dépose de ressources énergétiques renouvelables, d’un véhicule électrique et d’appareils intelligents. Les ressources d'énergie renouvelable injectent l’excès de l'énergie dans un système de stockage d'énergie partagé. Un modèle mathématique linéaire mixte en entier pour la gestion d'énergie est proposé pour réduire le coût total de fonctionnement du microréseau. Des comparaisons avec des scénarios conventionnels où chaque maison intelligente possède son propre système de stockage d'énergie sont effectuées pour démontrer l’efficacité de la démarche proposée
The current electricity grids will experience a profound change in the coming years. The new generation is the Smart Grid (SG) which is characterized by information and communication layer enabling the communication between the different components of the grid. It needs to consider all sides of power grid, making it more intelligent and flexible. This notion is presented as an answer to changes in the electricity market, aiming to manage the increased demand while ensuring a better quality of service and more safety.First, we present a mixed integer linear programming formulation to optimize the energy production and consumption systems in a smart home with an effective deployment of several distributed energy resources. Then through the design of experiments with the Taguchi method, diverse scenarios are introduced by varying significant factors. Afterward, a heuristic technique is proposed to solve the problem of residential energy management by finding the global optimum solution for many consecutive days with significant reduction of execution time.Second, an energy management model is proposed thanks to mathematical models to optimize the grid, renewable energy resources, battery and electric vehicles are presented as well as for different type of thermal and electrical appliances. An exact solution method is implemented to reduce the electricity cost in a smart home and find out operation modes of different loads. Then a math-heuristic optimization algorithm is proposed to solve the problem with extended simulation time horizon.Finally, we study a microgrid energy management problem which comprises multiple smart homes. Each of them owns renewable energy resources, one electric vehicle and smart appliances. The renewable energy resources inject the excess energy in the shared energy storage system. An optimized energy management model using mixed integer linear programming is proposed to reduce the total electricity cost in the microgrid. Comparisons with conventional scenarios where each smart home has its individual small energy storage system without sharing energy with their neighbors are done to ensure that the proposed formulation is well efficient

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Grangereau, Maxime. "Contrôle optimal de flexibilités énergétiques en contexte incertain." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAX010.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous utilisons des outils provenant du contrôle optimal stochastique et de l'optimisation stochastique et convexe afin de développer des mécanismes pour piloter des moyens de stockage énergétique permettant de gérer l'incertitude de production des sources d'énergie intermittentes (solaire et éolien).Tout d'abord, nous introduisons un mécanisme dans lequel un consommateur s'engage à suivre un profil de consommation sur le réseau, et contrôle ensuite ses systèmes de stockage pour suivre ce profil en temps réel. Nous modélisons cette situation par un problème de contrôle à champ moyen, pour lequel nous obtenons des résultats théoriques et numériques. Puis, nous introduisons un problème de contrôle d'un grand nombre d'unités de stockage thermique soumises à un bruit commun et fournissant des services au réseau. Nous montrons que ce problème de contrôle peut être remplacé par un problème de jeu différentiel stochastique de Stackelberg. Ceci permet un schéma de contrôle décentralisé avec des garanties de performance, tout en préservant la confidentialité des données des consommateurs et en limitant les besoins en télécommunication. Ensuite, nous développons une méthode de Newton pour des problèmes de contrôle stochastique. Nous montrons que le pas de Newton peut être calculé en résolvant des Equations Différentielles Stochastiques Rétrogrades, puis nous proposons une méthode de recherche linéaire appropriée, et prouvons la convergence globale de la methode de Newton obtenue dans un espace adéquat. Sa performance numérique est illustrée sur un problème de contrôle d'un grand nombre de batteries fournissant des services au réseau. Enfin, nous étudions l'extension au cas stochastique multi-étapes du problème "Alternating Current Optimal Power Flow" afin de piloter un réseau électrique équipé de systèmes de stockage. Pour ce problème, nous donnons des conditions réalistes et vérifiables a priori garantissant l'absence de saut de relaxation, ainsi qu'une borne a posteriori sur celui-ci. Dans le cadre plus large de problèmes multi-étapes non-convexes avec une structure générique, nous établissons également des bornes a priori sur le saut de dualité, en nous basant sur des résultats liés au Théorème de Shapley-Folkman
In this PhD dissertation, we use tools from stochastic optimal control, stochastic optimization and convex optimization to design mechanisms to control energy storage systems, to deal with the challenges created by the uncertain production of intermittent energy sources. First, we introduce a commitment mechanism where an individual consumer chooses a consumption profile, then controls its storage devices to track in real-time this profile. We formulate a Mean-Field Control problem to model this situation, for which we establish theoretic and numerical results. Second, we introduce a control problem for a large population of Thermostatically Controlled Loads (TCLs) subject to a common noise and providing ancillary services to the grid. We show that the centralized control problem can be replaced by a stochastic Stackelberg differential game with minimal information-sharing. This allows for a decentralized control scheme with performance guarantees, while preserving privacy of consumers and limiting telecommunication requirements. We then develop a Newton method for stochastic control problems. We show that the computation of the Newton step reduces to solving Backward Stochastic Differential Equations, then we design an appropriate line-search procedure and prove global convergence of the Newton method with line-search in an appropriate space. Its performance is illustrated on a problem of control of a large number of batteries providing services to the grid. Last, a multi-stage stochastic Alternating Current Optimal Power Flow problem is formulated in order to control a power network equipped with energy storage systems. A priori conditions ensuring a vanishing relaxation gap are derived and an easily computable a posteriori bound on the relaxation gap of the problem is given. Using Shapley-Folkman-type results, a priori bounds on the duality gap of non-convex multi-stage stochastic problems with a generic structure are derived

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Warkozek, Ghaith. "Génération automatique de problèmes d'optimisation pour la conception et la gestion des réseaux électriques de bâtiments intelligents multi-sources multi-charges." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00625784.

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Abstract:

Le bâtiment devient de plus en plus un système complexe où les flux énergétiques doivent être gérés en fonction des usages : on parle de bâtiments intelligents. Il s'ensuit une complexité croissante pour les concepteurs, qui doivent s'intéresser autant au bâtiment lui-même (plusieurs sources électriques et multiplication des charges) qu'à ses équipements, sa gestion énergétique mais aussi aux interactions avec l'environnement extérieur (flux d'informations exogènes sur le marché d'énergie, prix d'achat et de revente, subventions à l'auto-consommation, etc...). Il est désormais nécessaire de coupler la phase de conception avec celle de gestion énergétique du bâtiment. Les travaux de cette thèse visent à proposer une démarche méthodologique permettant de formuler automatiquement les problèmes d'optimisation exploitables autant en conception qu'en exploitation du système bâtiment. La démarche est basée sur les concepts issus de l'ingénierie dirigée par les modèles (IDM).

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Dad, Cherifa. "Méthodologie et algorithmes pour la distribution large échelle de co-simulations de systèmes complexes : application aux réseaux électriques intelligents (Smart Grids)." Electronic Thesis or Diss., CentraleSupélec, 2018. http://www.theses.fr/2018CSUP0004.

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Abstract:

L’apparition des réseaux électriques intelligents, ou « Smart Grids », engendre de profonds changements dans le métier de la distribution d’électricité. En effet, ces réseaux voient apparaître de nouveaux usages (véhicules électriques, climatisation) et de nouveaux producteurs décentralisés (photovoltaïque, éolien), ce qui rend plus difficile le besoin d’équilibre entre l’offre et la demande en électricité et qui impose d’introduire une forme d’intelligence répartie entre leurs différents composants. Au vu de la complexité et de l’ampleur de la mise en oeuvre des Smart Grids, il convient tout d’abord de procéder à des simulations afin de valider leur fonctionnement. Pour ce faire, CentraleSupélec et EDF R&D (au sein de l’institut RISEGrid) ont développé DACCOSIM, une plate-forme de co-simulation s’appuyant sur la norme FMI1(Functional Mock-up Interface), permettant de concevoir et de mettre au point des réseaux électriques intelligents et de grandes tailles. Les composants clés de cette plate-forme sont représentés sous forme de boîtes grises appelées FMU (Functional Mock-up Unit). En outre, les simulateurs des systèmes physiques des Smart Grids peuvent faire des retours arrière en cas de problème dans leurs calculs, contrairement aux simulateurs événementiels (unités de contrôle) qui, bien souvent, ne peuvent qu’avancer dans le temps. Pour faire collaborer ces différents simulateurs, nous avons conçu une solution hybride prenant en considération les contraintes de tous les composants, et permettant d’identifier précisément les types d’événements auxquels le système est confronté. Cette étude a débouché sur une proposition d’évolution de la norme FMI. Par ailleurs, il est difficile de simuler rapidement et efficacement un Smart Grid, surtout lorsque le problème est à l’échelle nationale ou même régionale. Pour pallier ce manque, nous nous sommes focalisés sur la partie la plus gourmande en calcul, à savoir la co-simulation des dispositifs physiques. Ainsi, nous avons proposé des méthodologies, approches et algorithmes permettant de répartir efficacement et rapidement ces différentes FMU sur des architectures distribuées. L’implantation de ces algorithmes a déjà permis de co-simuler des cas métiers de grande taille sur un cluster de PC multi-coeurs. L’intégration de ces méthodes dans DACCOSIM permettraaux ingénieurs d’EDF de concevoir des « réseaux électriques intelligents de très grande taille » plus résistants aux pannes
The emergence of Smart Grids is causing profound changes in the electricity distribution business. Indeed, these networks are seeing new uses (electric vehicles, air conditioning) and new decentralized producers (photovoltaic, wind), which make it more difficult to ensure a balance between electricity supply and demand, and imposes to introduce a form of distributed intelligence between their different components. Considering its complexity and the extent of its implementation, it is necessary to co-simulate it in order to validate its performances. In the RISEGrid institute, CentraleSupélec and EDF R&D have developed a co-simulation platform based on the FMI2 (Functional Mock-up Interface) standard called DACCOSIM, permitting to design and develop Smart Grids. The key components of this platform are represented as gray boxes called FMUs (Functional Mock-up Unit). In addition, simulators of the physical systems of Smart Grids can make backtracking when an inaccuracy is suspected in FMU computations, unlike discrete simulators (control units) that often can only advance in time. In order these different simulators collaborate, we designed a hybrid solution that takes into account the constraints of all the components, and precisely identifies the types of the events that system is facing. This study has led to a FMI standard change proposal. Moreover, it is difficult to rapidly design an efficient Smart Grid simulation, especially when the problem has a national or even a regional scale.To fill this gap,we have focused on the most computationally intensive part, which is the simulation of physical devices. We have therefore proposed methodologies, approaches and algorithms to quickly and efficiently distribute these different FMUs on distributed architectures. The implementation of these algorithms has already allowed simulating large-scale business cases on a multi-core PC cluster. The integration of these methods into DACCOSIM will enable EDF engineers to design « large scale Smart Grids » which will be more resistant to breakdowns

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Ngo, Hoang Giang. "De l'interconnexion à la coopération des systèmes pair-à-pair." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00937695.

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Abstract:

Les systèmes pair-à-pair (P2P) sont utilisés par des millions d'usagers tous les jours. Dans beaucoup de cas, un usager souhaite communiquer, échanger du contenu ou des services à travers différents systèmes P2P. Cela requiert de la coopération entre les différents systèmes P2P, ce qui est très souvent difficile ou même impossible à obtenir, à cause des raisons suivantes; in primis, l'absence d'une infrastructure de routage entre les réseaux, ce qui rend la communication étanche et, in secundis, l'incompatibilité des protocoles et des opérations des susdits systèmes. L'objectif principal de cette thèse est celui de permettre la coopération entre systèmes P2P. La thèse introduit un cadre de coopération rétro-compatible entre systèmes P2P hétérogènes constitué de deux parties. La première est un cadre de routage intra-réseaux permettant à des réseaux hétérogènes de communiquer. La deuxième est une application coopérative, conçue à l'aide et au travers du cadre de routage, dont l'objectif est celui de résoudre les incompatibilités protocolaires des systèmes P2P sous-jacents. Comme étude de cas de notre cadre de coopération, on présente une solution complète permettant une coopération entre des réseaux P2P spécialisés dans l'échange des fichiers pouvant s'appliquer aux réseaux P2P actuels. Dans la deuxième partie de la thèse, on présente une étude de cas d'usage de notre architecture d'interconnexion des réseaux P2P pour la collecte et la gestion des données dans réseaux d'électricité intelligents.

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Diop, Fallilou. "Analyses probabilistes pour l'étude des réseaux électriques de distribution." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC055/document.

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Abstract:

Les mutations observées sur le système électrique (production décentralisée, véhicules électriques, stockage, micro réseau...) font émerger des problématiques d'ordres économiques et techniques dans la gestion de ce dernier. Parmi eux, l'impact sur les niveaux de tension et de courant de neutre des réseaux de distribution. Le but de cette thèse est d'étudier des modèles probabilistes pour estimer ces impacts. L'incertitude sur la puissance PV produite et sur l'utilisation des VEs implique la nécessité de développer des modèles probabilistes de consommation et de production d'électricité. Deux modèles différents de production et de consommation ont été étudiés : L'un basé sur l'approximation de données historiques par une densité de probabilité, l'autre reposant sur la répartition des données en groupes définis par un profil type et une probabilité d'occurrence. Des techniques de load flow probabilistes ont été étudiées dans cette thèse pour prendre en compte l'effet intermittente de la production PV et l'incertitude sur la consommation. Une technique basée sur la méthode de simulation Monte Carlo, une deuxième basée sur l'approximation PEM et une dernière basée sur l'utilisation du clustering appelée méthode pseudo Monte Carlo. Après avoir comparé la pertinence des méthodes sur deux réseaux test, la méthode pseudo Monte Carlo est appliquée, pour son gain en temps de simulation et son adaptabilité, dans un cas d'application qui porte sur l'estimation de la probabilité de dépassement des limites du courant de neutre en fonction du déséquilibre de production PV installée
The current changes on the electrical system bring out economic and technical issues in the management of the latter. Among these issues, the impact of distributed generation and VEs on the technical constraints of the distribution network. The aim of this thesis is to study probabilistic models to estimate the impacts of photovoltaic production and electrical vehicles on medium and low voltage distribution networks. Two different probabilistic models of production and consumption were studied : one based on the fitting of historical data by one probability density function, the other one based on the data clustered in groups defined by a standard profile and a probability of occurrence. Three probabilistic load flow technics have been studied in this thesis. The first is based on the Monte Carlo simulation method, the second is based on the PEM approximation method and the last, based on the use of clustering, is called pseudo Monte Carlo method

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Velay, Maxime. "Méthodes d’optimisation distribuée pour l’exploitation sécurisée des réseaux électriques interconnectés." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT063/document.

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Abstract:

Notre société étant plus dépendante que jamais au vecteur électrique, la moindre perturbation du transport ou de l’acheminement de l’électricité a un impact social et économique important. La fiabilité et la sécurité des réseaux électriques sont donc cruciales pour les gestionnaires de réseaux, en plus des aspects économiques. De plus, les réseaux de transport sont interconnectés pour réduire les coûts des opérations et pour améliorer la sécurité. Un des plus grand défis des gestionnaires des réseaux de transport est ainsi de se coordonner avec les réseaux voisins, ce qui soulève des problèmes liés à la taille du problème, à l’interopérabilité et à la confidentialité des données.Cette thèse se focalise principalement sur la sécurité des opérations sur les réseaux électriques, c’est pourquoi l’évolution des principales caractéristiques des blackouts, qui sont des échecs de la sécurité des réseaux, sont étudiés sur la période 2005-2016. L’approche de cette étude consiste à déterminer quelles sont les principales caractéristiques des incidents de ces 10 dernières années, afin d’identifier ce qui devrait être intégré pour réduire le risque que ces incidents se reproduisent. L’évolution a été étudiée et comparé avec les caractéristiques des blackouts qui se sont produit avant 2005. L’étude se focalise sur les préconditions qui ont mené à ces blackouts et sur les cascades, et particulièrement sur le rôle de la vitesse des cascades. Les caractéristiques importante sont extraites et intégrées dans la suite de notre travail.Un algorithme résolvant un problème préventif d’Optimal Power Flow avec contraintes de sécurité (SCOPF) de manière distribuée est ainsi développé. Ce problème consiste en l’ajout de contraintes qui assure qu’après la perte de n’importe quel appareil d’importance, le nouveau point d’équilibre, atteint suite au réglage primaire en fréquence, respecte les contraintes du système. L’algorithme développé utilise une décomposition fine du problème et est implémenté sous le paradigme multi-agent, basé sur deux catégories d’agents : les appareils et les bus. Les agents sont coordonnés grâce à l’ « Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM)» et grâce à un problème de consensus. Cette décomposition procure l’autonomie et la confidentialité nécessaire aux différents acteurs du système, mais aussi, un bon passage à l’échelle par rapport à la taille du problème. Cet algorithme a aussi pour avantage d’être robuste à n’importe quelle perturbation, incluant la séparation du système en plusieurs régions.Puis, pour prendre en compte l’incertitude sur la production créée par les erreurs de prédiction des fermes éoliennes, une approche distribuée à deux étapes est développée pour résoudre un problème d’Optimal Power Flow avec contraintes probabilistes (CCOPF), d’une manière complétement distribuée. Les erreurs de prédiction des fermes éoliennes sont modélisées par des lois normales indépendantes et les écarts par rapport aux plannings de production sont considérés compensés par le réglage primaire en fréquence. La première étape de l’algorithme a pour but de déterminer des paramètres de sensibilités nécessaires pour formuler le problème. Les résultats de cette étape sont ensuite des paramètres d’entrée de la seconde étape qui, elle, résout le problème de CCOPF. Une extension de cette formulation permet d’ajouter de la flexibilité au problème en permettant la réduction de la production éolienne. Cet algorithme est basé sur la même décomposition fine que précédemment où les agents sont également coordonnés par l’ADMM et grâce à un problème de consensus. En conclusion, cet algorithme en deux étapes garantit la confidentialité et l’autonomie des différents acteurs, et est parallèle et adaptée aux plateformes hautes performances
Our societies are more dependent on electricity than ever, thus any disturbance in the power transmission and delivery has major economic and social impact. The reliability and security of power systems are then crucial to keep, for power system operators, in addition to minimizing the system operating cost. Moreover, transmission systems are interconnected to decrease the cost of operation and improve the system security. One of the main challenges for transmission system operators is therefore to coordinate with interconnected power systems, which raises scalability, interoperability and privacy issues. Hence, this thesis is concerned with how TSOs can operate their networks in a decentralized way but coordinating their operation with other neighboring TSOs to find a cost-effective scheduling that is globally secure.The main focus of this thesis is the security of power systems, this is why the evolution of the main characteristics of the blackouts that are failures in power system security, of the period 2005-2016 is studied. The approach consists in determining what the major characteristics of the incidents of the past 10 years are, to identify what should be taken into account to mitigate the risk of incidents. The evolution have been studied and compared with the characteristics of the blackouts before 2005. The study focuses on the pre-conditions that led to those blackouts and on the cascades, and especially the role of the cascade speed. Some important features are extracted and later integrated in our work.An algorithm that solve the preventive Security Constrained Optimal Power Flow (SCOPF) problem in a fully distributed manner, is thus developed. The preventive SCOPF problem consists in adding constraints that ensure that, after the loss of any major device of the system, the new steady-state reached, as a result of the primary frequency control, does not violate any constraint. The developed algorithm uses a fine-grained decomposition and is implemented under the multi-agent system paradigm based on two categories of agents: devices and buses. The agents are coordinated with the Alternating Direction method of multipliers in conjunction with a consensus problem. This decomposition provides the autonomy and privacy to the different actors of the system and the fine-grained decomposition allows to take the most of the decomposition and provides a good scalability regarding the size of the problem. This algorithm also have the advantage of being robust to any disturbance of the system, including the separation of the system into regions.Then, to account for the uncertainty of production brought by wind farms forecast error, a two-step distributed approach is developed to solve the Chance-Constrained Optimal Power Flow problem, in a fully distributed manner. The wind farms forecast errors are modeled by independent Gaussian distributions and the mismatches with the initials are assumed to be compensated by the primary frequency response of generators. The first step of this algorithm aims at determining the sensitivity factors of the system, needed to formulate the problem. The results of this first step are inputs of the second step that is the CCOPF. An extension of this formulation provides more flexibility to the problem and consists in including the possibility to curtail the wind farms. This algorithm relies on the same fine-grained decomposition where the agents are again coordinated by the ADMM and a consensus problem. In conclusion, this two-step algorithm ensures the privacy and autonomy of the different system actors and it is de facto parallel and adapted to high performance platforms

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Koeth, Felix. "Enquêtes sur les propriétés spectrales dans les systèmes électriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT082.

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Abstract:

Cette thèse porte sur les propriétés fondamentales d'un modèle simplifié de système d'alimentation dynamique. Ces modèles permettent d'étudier l'influence des propriétés géométriques du réseau décrivant le système électrique. Ces modèles et certaines propriétés importantes des modèles sont présentés au chapitre 1. L'un des principaux défis de la recherche sur les systèmes électriques est la complexité du système. Nous voulons utiliser la théorie du graphique spectral pour décomposer le système en différents modes, qui peuvent être étudiés individuellement. Le deuxième chapitre présente le contexte mathématique de la théorie des graphes spectraux et les applications aux systèmes d'alimentation. Un exemple simple d'application de la théorie des graphes spectraux à la recherche sur les systèmes d'alimentation est donné au chapitre 3, où l'on étudie le système d'alimentation statique. Nous pouvons voir que les valeurs propres et les vecteurs propres de la matrice d'admission nodale du système électrique peuvent être utilisés pour calculer les phases et les flux dans un système statique. Les propriétés dynamiques sont ensuite étudiées plus en profondeur dans le chapitre suivant. Ici, un problème de valeur propre quadratique doit être utilisé pour étudier le système. Nous présentons les propriétés fondamentales du problème de la valeur propre quadratique et son application à la recherche sur les systèmes d'alimentation. Une étude approfondie des propriétés spectrales d'un système de puissance dynamique utilisant le problème des valeurs propres quadratiques est ensuite réalisée. Nous observons des interactions à courte et longue portée dans le système et constatons que les interactions à courte portée sont plus sensibles aux paramètres de la machine et sont importantes pour la stabilité du système électrique, car elles sont liées aux modes locaux de la centrale. L'émergence de ce comportement localisé est étudiée au chapitre 5. Nous dérivons deux limites de vecteurs propres qui peuvent être utilisées pour prédire et décrire la localisation dans un réseau. Ces limites sont ensuite appliquées à des exemples simples de graphiques et à un cas de test de système électrique, pour montrer comment ils peuvent prédire, expliquer et décrire avec succès la localisation
This thesis investigates the fundamental properties of a simplified dynamical power system model. These models can be used to study the influence of the geometrical properties of the network describing the power system. These models and some important properties of the models are presented in chapter 1. One of the main challenges in power system research is the complexity of the system. We want to use spectral graph theory to decompose the system into different modes, which can be studied individually. The second chapter introduces the mathematical background of spectral graph theory and the applications to power systems. A simple example for the application of spectral graph theory in power system research is given in chapter 3, where the static power flow system is investigated. We can see that the eigenvalues and eigenvectors of the nodal admittance matrix of the power system can be used to calculate the phases and flows in a static system. The dynamical properties are then deeper investigated in the next chapter. Here, a quadratic eigenvalue problem has to be used to investigate the system. We introduce the fundamental properties of the quadratic eigenvalue problem and the application to power system research. An extensive investigation of the spectral properties of a dynamical power system using the quadratic eigenvalue problem is then performed. We observe short and long range interactions in the system and see that the short range interactions are more sensitive to the machine parameters and are important for the stability of the power system, as they are related to local plant modes. The emergence of this localised behaviour is investigated in chapter 5. We derive two eigenvector bounds which can be used to predict and describe localisation in a network. These bounds are then applied to simple example graphs and a power system test case, to show how they can successfully predict, explain and describe localisation

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Alinia, Bahram. "Optimal resource allocation strategies for electric vehicles in smart grids." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2018. http://www.theses.fr/2018TELE0012/document.

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Abstract:

Avec les préoccupations environnementales croissantes liées aux émissions de carbone et la chute rapide des prix des batteries, la part de marché des véhicules électriques (EV) augmente rapidement. Le nombre croissant de EV ainsi que les progrès sans précédent dans la capacité de la batterie et de la technologie entraîne une augmentation drastique de la demande totale d'énergie destinée aux véhicules électriques. Cette forte demande de charge rend complexe le problème de planification de la charge. Même en prenant avantage de la propriété reportable des demandes de charge et d'une planification adéquate, la demande globale pourrait dépasser le taux de charge tolérable des stations, étant donné les contraintes physiques des dispositifs de charge et des transformateurs. Le principal défi est la nécessité de concevoir des solutions en ligne puisque, dans la pratique, l'ordonnanceur ne dispose d'aucune information sur les arrivées futures d'EV. Cette thèse étudie le problème d'ordonnancement des EV en ligne et fournit trois contributions principales. Premièrement, nous démontrons que le problème classique de la programmation en ligne des tâches sensibles aux échéances avec des valeurs partielles est similaire au problème d'ordonnancement EV et étudions l'extension de la programmation des charges EV en prenant en compte de la limite de traitement des travaux. Le problème réside dans la catégorie des problèmes d'ordonnancement en ligne couplés dans le temps sans disponibilité d'informations futures. Le premier algorithme proposé est déterministe, tandis que le second est randomisé et bénéficie d'une complexité de calcul plus faible. Deuxièmement, nous formulons un problème de maximisation du bien-être social pour la planification de la charge des EV avec une contrainte de capacité de charge. Nous avons conçu des algorithmes d'ordonnancement de charge qui non seulement fonctionnent dans un scénario en ligne, mais aussi qui répondent aux deux principaux défis suivants : (i) fournir un engagement à l'arrivée ; (ii) garantir la résistance aux stratégies (de groupe). Des simulations approfondies utilisant des traces réelles démontrent l'efficacité de nos algorithmes d'ordonnancement en ligne par rapport à la solution hors-ligne optimale non-engagée. La troisième contribution concerne la planification en ligne des véhicules électriques dans un réseau de recharge adaptatif (ACN) avec des contraintes de pics locaux et globaux. Nous avons conçu un algorithme d'ordonnancement primal-dual de faible complexité qui atteint un rapport d'approximation borné. Des résultats expérimentaux détaillés basés sur des traces montrent que les performances des algorithmes en ligne proposés sont proches de l'optimum hors ligne et surpassent les solutions existantes
With the increased environmental concerns related to carbon emission, and rapid drop in battery prices (e.g., 35% drop in 2017), the market share of Electric Vehicles (EVs) is rapidly growing. The growing number of EVs along with the unprecedented advances in battery capacity and technology results in drastic increase in the total energy demand of EVs. This large charging demand makes the EV charging scheduling problem challenging. The critical challenge is the need for online solution design since in practical scenario the scheduler has no information of future arrivals of EVs in a time-coupled underlying problem. This thesis studies online EV scheduling problem and provides three main contributions. First, we demonstrate that the classical problem of online scheduling of deadlinesensitive jobs with partial values is similar to the EV scheduling problem and study the extension to EV charging scheduling by taking into account the processing rate limit of jobs as an additional constraint to the original problem. The problem lies in the category of time-coupled online scheduling problems without availability of future information. Using competitive ratio, as a well-established performance metric, two online algorithms, both of which are shown to be (2 − 1/U)-competitive are proposed, where U is the maximum scarcity level, a parameter that indicates demand-to-supply ratio. Second, we formulate a social welfare maximization problem for EV charging scheduling with charging capacity constraint. We devise charging scheduling algorithms that not only work in online scenario, but also they address the following two key challenges: (i) to provide on-arrival commitment; respecting the capacity constraint may hinder fulfilling charging requirement of deadline-constrained EVs entirely. Therefore, committing a guaranteed charging amount upon arrival of each EV is highly required; (ii) to guarantee (group)-strategy-proofness as a salient feature to promote EVs to reveal their true type and do not collude with other EVs. Third, we tackle online scheduling of EVs in an adaptive charging network (ACN) with local and global peak constraints. Two alternatives in resource-limited scenarios are to maximize the social welfare by partially charging the EVs (fractional model) or selecting a subset of EVs and fully charge them (integral model). For the fractional model, both offline and online algorithms are devised. We prove that the offline algorithm is optimal. We prove the online algorithm achieves a competitive ratio of 2. The integral model, however, is more challenging since the underlying problem is NP-hard due to 0/1 selection criteria of EVs. Hence, efficient solution design is challenging even in offline setting. We devise a low-complexity primal-dual scheduling algorithm that achieves a bounded approximation ratio. Built upon the offline approximate algorithm, we propose an online algorithm and analyze its competitive ratio in special cases

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Ben, Romdhane Lamia. "A Multi-Agent Architecture Framework for Energy Systems Design." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASS141.

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Abstract:

Au cours des dernières années, les systèmes multi-agents (SMA) sont devenus l'une des technologies les plus prometteuses pour la conception et le développement des systèmes énergétiques intelligents nommés aussi Smart-Grid. Cependant, l'utilisation de la technologie d'agent dans l'ingénierie des systèmes pour modéliser, contrôler et simuler les comportements des systèmes énergétiques, pose encore de nombreux défis : méthodologiques ; techniques (liés à l’ingénierie des SMA en général) ; de standardisation et d’exploration architecturale (liés au domaine de Smart Grid en particulier). Cette thèse propose un cadre architectural conforme à la norme ISO 42010, contenant l'ensemble des conventions, principes et pratiques pour la description des architectures multi-agents établies dans le domaine des Smart-Grids, comme une solution adéquate pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus. Le cadre architectural s'appuie sur l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) pour résoudre les problèmes techniques et méthodologiques. Ce cadre est supporté par une méthodologie qui adhère à l’utilisation des standards d’agents et des standards énergétiques dans les phases d’analyse et de conception des SMAs. Le cadre se base sur une approche d'évaluation des styles d'architecture multi-agents pour sélectionner le style le plus approprié pour répondre à des exigences non fonctionnelles liées à un domaine d'application spécifique. Par ailleurs, un langage de modélisation indépendant des plateformes d'agents a été proposé permettant la modélisation des SMAs et l’analyse des modèles développés pour vérifier leur conformité au style d’architecture SMA sélectionné. L’approche a été prototypée dans un environnement d’Ingénierie Dirigée par les Modèles et évalué sur un cas d’application représentatif du domaine des Smarts-Grids
In recent years, multi-agent systems (MAS) have emerged as one of the most promising technologies for the design and development of intelligent energy systems, also known as Smart-Grid. However, the use of agent technology in systems engineering to model, control and simulate energy system’ behavior still faces many challenges: methodological; technical (generally related to MAS engineering); standardization and architectural exploration (specifically related to the Smart Grid domain). This thesis proposes an architectural framework in accordance with ISO 42010, containing all the conventions, principles and practices for the description of multi-agent architectures established in the field of Smart-Grids, as an adequate solution to solve the problems mentioned above. The architectural framework relies on Model Driven Engineering (MDE) to solve technical and methodological problems. This framework is supported by a methodology that adheres the use of agent and energy standards in the MAS analysis and design phases. The framework is based on a multi-agent architecture style evaluation approach to select the most appropriate style to meet non-functional requirements related to a specific application domain. In addition, a platform-independent agent modeling language was proposed to model MASs and analyze the developed models to verify their compliance with the selected MAS architecture style. The approach was prototyped in a Model Driven Engineering environment and evaluated on a representative application case from the Smarts-Grids domain

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Vincent, Rémy. "Energy management strategies applied to photovoltaic-based residential microgrids for flexibility services purposes." Thesis, Nantes, 2020. http://www.theses.fr/2020NANT4025.

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Abstract:

Le développement des énergies renouvelables, de la consommation résidentielle ainsi que les politiques liées à la transition énergétique réclament de nouvelles techniques de gestion de l’énergie afin de gérer les problèmes d’incertitudes et de fournir des services réseaux compétitifs. Cette thèse se focalise sur des services de flexibilité appliqués au micro réseaux résidentiels. Le dimensionnement (mono/multiobjectif) optimise la production solaire et la taille de la batterie en tenant compte du coût, du confort utilisateur, de la pénétration des énergies renouvelables et de la réglementation. L’approche de gestion n°1 compare des fenêtres de 24 et 48h pour l’arbitrage d’énergie et évalue les possibilités supplémentaires de celle de 48h. L’approche n°2 se focalise sur le respect des injections d’énergie sur le réseau au sein d’un contrat de marché avec un agrégateur. Un nouveau modèle auto régressif de prévision d’ensoleillement à court terme adapté aux conditions péninsulaires est proposé puis comparé au modèle de référence. Les résultats du dimensionnement montrent que la méthode proposée génère des économies substantielles pour les ménages. Néanmoins, le prix des batteries rend actuellement l’îlotage non viable économiquement. Les stratégies de gestion proposées sont également plus profitables que leurs références respectives. Les stratégies présentées permettent un fonctionnement compétitif et capable d’atténuer les déséquilibres entre l’offre et la demande. L’association de l’énergie renouvelable et des capacités des micro réseaux pour les citoyens est une excellente opportunité d’obtenir une énergie plus propre, plus fiable et abordable
The rising share of renewable sources, residential consumers as well as novel energy transition policies call for new energy management strategies to deal with renewable energy sources uncertainty issues and to provide cost-competitive flexibility services. This thesis focuses on flexibility related usecases applied to residential microgrids. Presented sizing approach uses both mono and multiobjective particle swarm optimization to optimize both solar generation and storage taking into account cost competitiveness, user comfort and renewable energy penetration while respecting local regulations. First energy management approach compares 24 and 48h time-horizons for energy arbitrage and assess extended possibilities provided by a wider horizon. Second energy arbitrage approach focuses on energy injection accuracy in a bid-based market context. A novel auto-regressive short term solar irradiation forecast method suitable for peninsular weather is proposed and compared with a reference method. Regarding the sizing optimization, results showed that proposed optimization can generate bill savings for households. Nevertheless, due to current storage cost, off-grid operation is still an unreliable option regarding cost-competitiveness. Both presented energy management strategies showed profitability gains compared to their respective reference. To conclude, strategies showed costcompetitive operation and ability to mitigate supply and demand imbalances. Association of renewable energy and microgrids abilities for communities is an excellent opportunity for cleaner, more reliable and cheaper energy

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Mahdi, Khouloud. "Modèle d'exploitation de flux d'événements complexes (CEP) par des patrons spatiotemporels agrégés dans un contexte de réseau de distribution énergétique." Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/29754.

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Abstract:

Dans le domaine de l’internet des objets, nos recherches se sont focalisées sur l’étude des corrélations entre les données générées par des réseaux de capteurs. Ces données sont généralement collectées par des systèmes d’acquisition et se caractérisent par une grande vélocité et un fort volume. Les décideurs ont besoin d’outils permettant de détecter les situations d’intérêt au meilleur moment pour la prise de décision. Nous partons des travaux de doctorat de F.Barouni (2016) qui a proposé une extension du modèle et des outils de traitement d’événements complexes (CEP) pour répondre aux enjeux relatifs à la vélocité et au volume de ces données. Barouni a proposé une approche de représentation et de détection de patrons spatiotemporels pour représenter les situations d’intérêt. Notre but est de concevoir un outil destiné à gérer ces données et à fouiller des corrélations potentielles entre elles, en tenant compte des données contextuelles. Dans ce mémoire, nous proposons une approche théorique qui utilise les graphes conceptuels afin d’améliorer l’approche de Barouni en permettant de modéliser plusieurs types de relations spatiales. Dans ce contexte, nous avons proposé une extension des relations spatiales en tenant compte des éléments composant un réseau en lien avec l’espace géographique sous-jacent. En effet, notre modèle prend en compte, la représentation spatiale du réseau, la projection du réseau dans l’espace géographique sous-jacent et toutes les relations spatiales qui en découlent. Nous proposons aussi une extension au formalisme de représentation des patrons en ajoutant une structure du résumé et de contraintes du patron (graphes conceptuels) pour pouvoir modéliser des relations spatiales entre des patrons de complexité croissante. Nous avons développé un outil de détection de patrons en utilisant une approche de CEP itérative. Notre outil utilise plusieurs CEPs pour pouvoir détecter des patrons de différents degrés de complexité. Nous avons démontré la pertinence de notre approche par l’étude des événements de reconfiguration dans un réseau de distribution électrique. Notre approche est assez générique pour être applicable dans d’autres domaines d’application, tels que les réseaux de fibres optiques.

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Correa, Florez Carlos Adrian. "Optimisation des flexibilités des « consommacteurs » dans le contexte des marchés d’électricité." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM011.

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Abstract:

Cette thèse présente un cadre d'optimisation avec incertitude dans le cas où un agrégateur gère des dispositifs de stockage résidentiels et des énergies renouvelables comme sources de flexibilité, participant directement au marché journalier de l'énergie et proposant des services visant à minimiser les coûts opérationnels. Les actifs de flexibilité résidentiels sont composés de batteries, de chauffe-eau électriques et de panneaux photovoltaïques, gérés et contrôlés de manière optimale par l'agrégateur. Le modèle d’optimisation prend également en compte le coût de vieillissement de la batterie, qui permet de capturer la relation non linéaire entre la profondeur de décharge et le cycle de vie total. Les sources d’incertitude sont: la demande électrique et thermique, la production photovoltaïque et le prix de l’énergie. Ces incertitudes sont incluses dans le modèle mathématique au moyen d'une optimisation robuste et une méthodologie est proposée pour détecter les solutions offrant le meilleur compromis entre coût et risque. De plus, cette thèse présente une stratégie de gestion de la flexibilité locale basée sur deux produits: 1) les offres sur un marché local; et 2) prise en charge de contraintes locales pour le gestionnaire du réseau de distribution (GRD) sous la forme de la puissance nette et de la rampe nette. Un modèle d'optimisation robuste ajustable est proposé pour la gestion coordonnée des ressources et permet de démontrer que le cadre d'appel d'offres stratégique est suffisamment robuste rendant possible une participation coordonnée sur trois marchés différents: l'énergie, la flexibilité locale et les échanges bilatéraux (GRD)
This thesis presents an optimization framework under uncertainty for the case in which an aggregator manages residential storage devices and renewable energy as sources of flexibility, participating directly in the day-ahead energy market and offering services to minimize operational costs. Residential flexibility assets are composed by batteries, electric water heaters and PV panels, which are optimally managed and controlled by an aggregator. The optimization model also considers battery’s cycling aging cost which allows capturing the non-linear relation between depth of discharge and total life cycling. The following sources of uncertainty are considered: electrical and thermal demand, PV production and energy prices. These uncertainties are included in the mathematical model by means of robust optimization theory and a methodology based on Pareto-optimality is proposed to detect the solutions with the best trade-off between cost and risk. In addition, this thesis presents a local flexibility management strategy, which is based on two products: 1) flexibility bids into a local market; and 2) local constraint support for the Distribution System Operator (DSO) in the form of maximum allowed net power and net ramping rate. An adjustable robust optimization model is proposed for coordinated management of resources and allows to demonstrate that the strategic bidding framework is robust enough to enable coordinated participation in three different marketplaces: energy, local flexibility and bilateral trading with the DSO

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Sakr, Daniel. "Smart Grid deployment and use in a large-scale demonstrator of the Smart and Sustainable City (SunRise) : comprehensive analysis of the electrical consumption." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10088/document.

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Abstract:

Les concepts de ville intelligente et des réseaux intelligents constituent une excellente occasion pour construire des villes inclusives axées sur la qualité de vie. Cependant, ces concepts sont complexes et récents. Leur implémentation nécessite de l'apprentissage à travers des grandes expérimentations. Ce travail concerne s’inscrit dans ce cadre. Il est réalisé dans le cadre du démonstrateur à grande échelle de la Smart City (SunRise) qui est réalisé sur le Campus Scientifique de l'Université de Lille. Il comprend trois parties :La première partie comporte une analyse bibliographique sur les recherches menées dans le domaine de la Smart City. Elle présente les défis de la ville, ensuite, elle traite la mutation numérique et son rôle dans la transformation de la ville en une ville intelligente et la transformation des réseaux urbains en réseaux intelligents. La deuxième partie décrit le système électrique du campus. Elle présente le projet SunRise, qui consiste à construire un démonstrateur des réseaux urbains intelligents sur Campus Scientifique, qui équivaut à une ville d'environ 25 000 habitants. Ensuite, elle présente le campus le système électrique et sa gestion. La dernière partie concerne l'analyse de la consommation électrique. Elle présente la méthodologie développée qui comporte (i) l'enregistrement des consommations et leur transmission au serveur de réseau électrique, (ii) la transmission de données au serveur SunRise, (iii) le nettoyage et le stockage des données, (iv) la construction des profils de consommation des bâtiments et l’analyse de ces profil. Cette méthodologie est appliquée pour l'analyse de la consommation des différents trois bâtiments du campus
The Smart City and Smart Grids constitute a great opportunity to meet the environmental challenges and to build inclusive cities that focus on the quality of life of citizens. However, these concepts are complex and recent. Their implementation requires learning from large experimentations. This work concerns this issue. It is carried within the large-scale demonstrator of the Smart City (SunRise) which is conducted at the Scientific Campus of the University of Lille. It includes three parts:The first part focuses on literature review of researches and achievements in the field of the Smart City and Smart Grids. It presents the city challenges such as the population growth, energy consumption, greenhouse emission and climate change. Then it discusses the digital mutation and its potential role in transforming the City into a Smart City and the conventional Electrical Grid into a Smart Grid. The second part describes the Electrical Grid of the Scientific Campus. It presents the project SunRise, that consists in the construction of a demonstrator of smart urban networks at the Scientific Campus, which is equivalent of a town with around 25 000 inhabitants. Then, it presents the electrical system of the campus as well as its management.The last part concerns analysis of the electrical consumption of the campus. It presents the methodology developed for data analysis including (i) record of the electrical consumption and transmission to the server, (ii) Data transmission, (iii) Data cleaning, (iv) construction of buildings’ consumption profiles and consumption analysis. This methodology is applied for analysis of the global consumption of the campus and three buildings

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Matta, Natalie. "Vers une gestion décentralisée des données des réseaux de capteurs dans le contexte des smart grids." Thesis, Troyes, 2014. http://www.theses.fr/2014TROY0010/document.

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Abstract:

Cette thèse s’intéresse à la gestion décentralisée des données récoltées par les réseaux de capteurs dans le contexte des réseaux électriques intelligents (smart grids). Nous proposons une architecture décentralisée basée sur les systèmes multi-agents pour la gestion des données et de l’énergie dans un smart grid. En particulier, nos travaux traitent de la gestion des données des réseaux de capteurs dans le réseau de distribution d’un smart grid et ont pour objectif de lever deux verrous essentiels : (1) l'identification et la détection de défaillances et de changements nécessitant une prise de décision et la mise en œuvre des actions correspondantes ; (2) la gestion des grandes quantités de données qui seront récoltées suite à la prolifération des capteurs et des compteurs communicants. La gestion de ces informations peut faire appel à plusieurs méthodes, dont l'agrégation des paquets de données sur laquelle nous nous focalisons dans cette thèse. Nous proposons d’agréger (PriBaCC) et/ou de corréler (CoDA) le contenu de ces paquets de données de manière décentralisée. Ainsi, le traitement de ces données s'effectuera plus rapidement, ce qui aboutira à une prise de décision rapide et efficace concernant la gestion de l'énergie. La validation par simulation de nos contributions a montré que celles-ci répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant le volume des données à gérer et le délai de communication des données prioritaires
This thesis focuses on the decentralized management of data collected by wireless sensor networks which are deployed in a smart grid, i.e. the evolved new generation electricity network. It proposes a decentralized architecture based on multi-agent systems for both data and energy management in the smart grid. In particular, our works deal with data management of sensor networks which are deployed in the distribution electric subsystem of a smart grid. They aim at answering two key challenges: (1) detection and identification of failure and disturbances requiring swift reporting and appropriate reactions; (2) efficient management of the growing volume of data caused by the proliferation of sensors and other sensing entities such as smart meters. The management of this data can call upon several methods, including the aggregation of data packets on which we focus in this thesis. To this end, we propose to aggregate (PriBaCC) and/or to correlate (CoDA) the contents of these data packets in a decentralized manner. Data processing will thus be done faster, consequently leading to rapid and efficient decision-making concerning energy management. The validation of our contributions by means of simulation has shown that they meet the identified challenges. It has also put forward their enhancements with respect to other existing approaches, particularly in terms of reducing data volume as well as transmission delay of high priority data

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Gouin, Victor. "Évaluation de l’impact du Smart Grid sur les pratiques de planification en cas d’insertion de production décentralisée et de charges flexibles." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT097/document.

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Abstract:

Les réseaux intelligents, ou Smart Grids, résultent de la combinaison des réseaux électriques et des nouvelles technologies de l'information et de la communication. Ils s'accompagnent de changements de paradigmes comme l'insertion importante de production décentralisée et le développement de nouveaux modes de consommation, comme les véhicules électriques et les « consom'acteurs ». Des contraintes apparaissent ainsi sur des réseaux vieillissants et non dimensionnés pour ces nouveaux usages. Cette thèse étudie l'impact des nouveaux paradigmes sur les techniques de planification des réseaux électriques de distribution. Un premier outil utilisant un algorithme de recuit simulé adapté et des méthodes issues de la théorie des graphes a été développé pour dimensionner les réseaux à moindre coût, selon les règles usuelles de planification. Dans un second temps, une méthodologie combinant une approche de type Monte Carlo et la construction de profils annuels de charge a été proposée pour analyser l'impact de la production décentralisée et des véhicules électriques dans un contexte soumis à des incertitudes. La troisième étape du travail a été de mettre en place des fonctions avancées de conduite comme alternative aux solutions de renforcement, très coûteuses. Un regard particulier est porté sur les stratégies d'effacement. Enfin, une nouvelle planification opérationnelle combinant les précédents outils développés a été créée afin d'évoluer vers une planification des réseaux intelligents
The Smart Grids are the combination of electrical networks and new information and communication technologies. They deal with a change of paradigms that are the insertion of distributed generation and the development of new forms of consumption, such as electric vehicles and prosumers. These changes induce many constraints on networks both aging and historically not sized for this context. This thesis studies the impact of these paradigms on the rules for electrical distribution networks planning. A first tool using an adapted simulated annealing algorithm and methods from graph theory was developed to size the networks at low cost, according to the usual rules for planning. Secondly, a methodology combining a Monte Carlo approach and the construction of annual load profiles was proposed to analyze the impact of distributed generation and electric vehicles in an environment subject to uncertainties. The third stage of the work was to implement advanced distribution automations as an alternative to reinforcement, which is very expensive. This part is focused on demand side management. Finally, a new operational planning combining the previous developed tools was created to move towards the planning of the Smart Grids

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Beaude, Olivier. "Modélisation et optimisation de l'interaction entre véhicules électriques et réseaux d'électricité : apport de la théorie des jeux." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS131/document.

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Abstract:

Cette thèse étudie l'interaction technico-économique entre véhicules électriques et réseaux d'électricité. Le développement récent de la mobilité électrique invite en effet à analyser les impacts potentiels de la recharge de ces véhicules sur les réseaux électriques, mais aussi le soutien que ceux-ci pourraient apporter dans les réseaux du futur. Ce travail s'inscrit résolument dans le cadre des réseaux d'électricité intelligents ; la plupart des résultats de cette thèse s'appliquent tout aussi bien à un lave-linge, un chauffe-eau, une télévision tant que l'on leur prête la capacité d'intelligence ! Dès lors que les décisions des consommateurs électriques flexibles interagissent, ce cadre d'étude offre un terrain de jeu propice aux outils de théorie des jeux. Ceux-ci ont un apport direct lorsque le problème considéré a un fondement stratégique, mais leur application permet aussi de proposer des solutions sur des aspects où la théorie des jeux n'est pas forcément attendue : algorithmique, dans l'échange d'information entre acteurs, etc. La description de cet apport est l'objet principal de ce travail de thèse et se décompose en trois parties. En fil rouge, le cas des profils de charge rectangulaires – soutenus par de nombreux arguments pratiques mais souvent délaissés par les chercheurs – est analysé. En premier lieu, des questions algorithmiques se posent pour coordonner la charge de véhicules électriques dans un même périmètre du système électrique. Proposant et étudiant un algorithme de coordination, il est montré comment les propriétés fondamentales de celui-ci - sa convergence, l'efficacité de ses points de convergence – peuvent être déduite d'un jeu auxiliaire sous-jacent. L'analyse de ce jeu est faite en montrant qu'il appartient à la classe des jeux de potentiel, sous des hypothèses physiques et économiques très générales. Sur le plan de l'échange d'information, un modèle est proposé pour réfléchir à la bonne communication entre un opérateur du réseau et un véhicule. Ces deux agents ont intérêt à communiquer pour planifier la charge intelligente du véhicule électrique, mais ont des objectifs distincts. Ce cadre est très proche du Cheap-talk en théorie des jeux, mais aussi de la problématique de la quantification en traitement du signal. Ce travail tisse au passage des liens entre ces sujets. Il propose aussi une méthode pour que l'agent du réseau et le véhicule s'accordent hors-ligne sur un bon mécanisme d'échange d'information. Enfin, la théorie des jeux est appliquée dans un cadre plus habituel, pour analyser le jeu des acteurs. Ceci est fait quand des ensembles de véhicules de taille importante, vus comme des flottes, cohabitent avec des véhicules individuels. Ceci offre un terrain de jeu applicatif aux outils très récents des jeux composites. Dans ces trois directions de recherche, des simulations sont effectuées dans le cadre d'un réseau de distribution d'électricité, maille du système électrique qui pourrait vivre des impacts significatifs si la charge est non-coordonnée. En particulier, elles montrent la robustesse des méthodes proposées face aux incertitudes sur les données lorsque des profils de charge rectangulaires sont considérés
This thesis studies the technical and economical interaction between electric vehicles and electrical networks. The recent development of electric mobility leads to the analysis of potential impacts of electric vehicle charging on the electrical networks, but also to the possible support that these particular electric consumers could provide in the future smart grids. In this direction, most of the results given in this thesis also apply to a washing machine, a water-heater, a TV, as soon as these equipments are capable of being smart! When the decisions of flexible electric consumers interact, the considered framework naturally offers a unique exercise area for the tools of game-theory. The interpretation is straightforward when the considered problem is strategic by definition, but these tools allow also shedding light on other aspects: algorithmic coordination, information exchange, etc. The description of the benefits of using game-theory in this context is the aim of this work. This is done according to three aspects. In these three directions, a particular attention is drawn to the case of rectangular charging profiles, which are very practical, but often ignored by the literature. First, algorithmic issues arise when coordinating the charging of electric vehicles in a same area of the electrical network. A charging algorithm is proposed and analyzed. This is done by studying an underlying auxiliary game. This game is proved to belong to the class of potential games under very general physical and economic assumptions. In turn, it inherits from the strong properties of this class of games, namely convergence and an efficiency result in the case of a large number of electric vehicles. Considering information exchange, a model is proposed to design a good communication scheme between an operator of the electrical system and an electric vehicle. Both agents have an interest in exchanging information to schedule optimally the charging profile of the electric vehicle but they do not share the same objective. This framework is closely related to Cheap-talk in game theory and to quantization in signal processing. Amongst others, this work explains interesting connections between both topics. Furthermore, a method, which is used offline, is given to obtain a good communication mechanism between both agents. Finally, game theory is used in its traditional form, studying the strategic interaction when groups of a large number of electric vehicles – seen as fleets – coexist with individual vehicles. This allows the application of the very recent concept of composite games. In the three parts of the work, simulations are conducted in a French realistic distribution network, which could be the first part of the electrical system severely impacted by a non-coordinated charging. This highlights the robustness of rectangular charging profiles against forecasting errors on the parameters of the models

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Banjar, nahor Kevin. "Micro-réseau résilient à haute stabilité dynamique en présence d’une intégration massive des énergies renouvelables variables." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT093.

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Abstract:

Cette thèse traite des problèmes de stabilité introduits par l'interconnexion d'énergies renouvelables massives dans un micro-réseau isolé. Cette recherche vise à identifier les problèmes liés au sujet, les indices permettant de mieux comprendre ces problèmes, ainsi que la stratégie visant à améliorer la stabilité des microréseaux du point de vue du réseau électrique. Dans la première partie, un état de l'art sur l'évolution de la stabilité du réseau electrique est abordé. Un bref historique de la stabilité du système électrique depuis sa première identification et son évolution a été présenté. Une revue des indices pratiques d’évaluation de la stabilité du réseau est également présentée, y compris ceux que nous proposons. Cette partie est également utile pour analyser le positionnement de cette thèseLa deuxième partie de la thèse présente les efforts pour améliorer la stabilité dynamique des microréseaux caractérisés par une pénétration massive des énergies renouvelables. Les principaux défis et les efforts en cours sont passés en revue, qui ont montré que les solutions actuelles se concentrent sur le maintien de la philosophie d’un réseau électrique classique. Avec l'avènement des énergies plus intermittentes, les efforts actuels se sont révélés coûteux. Par conséquent, une nouvelle perspective est proposée. Ici, les générateurs et les clients sont exposés à des écarts de tension et de fréquence plus élevés, qui sont nécessaires pour maintenir l'équilibre de puissance et la stabilité du microréseau. Cette perspective convient avec le concept de micro-réseau pour réaliser le rêve de l’électricité universelle.Le concept est ensuite développé en une nouvelle stratégie de régulation dans laquelle le rapport de la fréquence et la tension du système sont maintenues essentiellement constant autour de 1 (en per unit). Cette stratégie peut potentiellement être mise en œuvre sur toutes les technologies de grid forming. Les avantages de cette stratégie sont l’assurance que les machines électriques ne sont pas endommagées, la fonctionnalité plug-and-play, la compatibilité avec les technologies actuelles d’onduleurs et l’absence de systèmes de communication rapides. Enfin, la stratégie proposée est facile à mettre en œuvre et ne nécessite pas de révolution en termes d’équipement et de contrôle du réseau électrique. Cette mise en œuvre de ce concept offre un élément de flexibilité très précieux: le temps, qui améliore la résilience et la stabilité d'un microréseau. Cependant, des écarts de fréquence et de tension plus importants se produisent et doivent être acceptés par tous les acteurs du microréseau. Une validation par des simulations numériques en Power Factory et des expérimentations dans une plateforme hardware-in-the-loop en temps réel ont été réalisées avec des résultats satisfaisant
This thesis deals with the stability issues introduced by the interconnection of massive renewables into an isolated microgrid. This research aims to identify the problems related to the topic, the indices to help understand the issues, and the strategy to enhance microgrid stability from the power system point of view.In the first part, a state of the art on the evolution of power stability is addressed. A short history of power system stability since its first identification and how it has evolved is firstly presented. This part also provides a literature review of the power system stability, including its classification, and how it has evolved due to two reasons: the microgrid concept and the trend towards the integration of more inverter-based generation. A review of the practical indices for grid stability assessment is also reported, including the ones that we propose. This part is also useful for analyzing the positioning of this PhD research.The second part of thesis presents the efforts to enhance the dynamic stability of microgrids characterized by massive renewable penetration. The main challenges and the current efforts are reviewed, which have shown that the current solutions focus on maintaining the philosophy of a classical power grid. With the advent of more intermittent energy, the current efforts have proven to be costly. Therefore, a new perspective is proposed. Here, the generating elements and the customers are exposed with higher deviations in voltage and frequency, which are necessary so that that the power equilibrium and the stability of the microgrid can be maintained. This perspective is suitable with the microgrid concept to realize the dream of universal electricity.The concept is then developed into a novel regulation strategy in which the system frequency and voltage are maintained in such a way to keep their ratio essentially constant around 1 (p.u. voltage to p.u. frequency). This strategy can potentially be implemented on all grid forming technologies. The benefits of employing this strategy include assurance that the electrical machinery is not harmed, plug-and-play feature, compatibility with current grid-tied inverter technologies, and no need for fast communication systems. Finally, this proposed strategy is easy to implement and does not require revolution in terms of power system equipment and control. This implementation of this concept provides a very valuable piece of flexibility: time, which enhances the resilience and stability of a microgrid. However, wider frequency and voltage deviations occur and have to be accepted by all the actors within the microgrid. A validation through computer simulations in Power Factory and real-time hardware in the loop experiments has been carried out with satisfactory results

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Moulichon, Audrey. "Conception d'un système adaptatif dynamique de "générateur synchrone virtuel" pour la stabilisation des micro-réseaux électriques à fort taux de pénétration d'énergie renouvelable." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT064.

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Abstract:

Les sources classiques d'énergie distribuée (DER) fournissant de l'énergie aux microgrids (généralement des groupes électrogènes diesel) sont progressivement remplacées par les onduleurs basés sur des sources d'énergie renouvelables (RES). Cependant, l'intermittence des sources d'énergie renouvelables pose des problèmes de stabilité majeurs, en particulier dans le contexte des microgrids, notamment parce que ces sources diminuent l'inertie disponible du réseau. Par conséquent, les stratégies de contrôle traditionnelles pour les onduleurs, qui interfacent les différents DER connectés au microgrid, doivent être adaptées.Le générateur virtuel synchrone (VSG) est l’une des solutions les plus populaires pouvant participer à l’augmentation de l’inertie des microgrids et pouvant être intégré dans les études de stabilité traditionnelles car il présente des similitudes avec une machine synchrone. Le VSG étant encore un concept récent, principalement pris en compte pour l'intégration de la DER dans un microgrid, diverses problématiques demeurent non résolues (certaines d'entre elles sont abordées dans ce manuscrit). De plus, les différentes solutions trouvées dans la littérature ne prennent pas en compte les aspects industriels et pratiques de son développement (également pris en compte dans cette thèse industrielle).Cette thèse est dédiée aux onduleurs basés sur le VSG et à leur intégration dans des microgrids à forte pénétration d'énergie renouvelable variable. Cette thèse a été réalisée grâce à la coopération de deux laboratoires, G2Elab et Gipsa-Lab, en collaboration avec Schneider Electric et son équipe de R & D, Power Conversion
The classical distributed energy resources (DER) supplying energy to microgrids (usually diesel generator-sets) are progressively supplanted by supplier based on renewable energy sources (RES). However, the intermittency of RES leads to major stability issues, especially in the context of microgrids, notably because these sources usually decrease the available inertia of the grid. Hence, the traditional control strategies for inverters, interfacing the various DERs connected to the microgrid, needs adapting.The virtual synchronous generator (VSG) is one of the most popular solution that can participate in increasing the microgrids inertia and that could be integrated into traditional stability studies because it presents similarities with a synchronous machine. As the VSG is still a recent concept, mostly considered for the DER integration in microgrid, various problematics remain unresolved (some of which are addressed in this manuscript). In addition, the different solutions that can be found in the literature do not consider the industrial and practical aspect of its development (also considered in this industrial thesis).This thesis is dedicated to the VSG-based inverters and their integration in microgrids with a high level of variable renewable energy penetration. This PhD have been carried out thanks to the cooperation between two laboratories, G2Elab and Gipsa-Lab, in collaboration with Schneider Electric and its R&D team, Power Conversion

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Rekik, Mouna. "Routage géographique multi-chemin basé sur l’intelligence d’essaim pour réseaux de capteurs et d’actionneurs sans fil : application aux Smart Grids." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10059/document.

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Abstract:

Le Smart Grid (SG) permet une gestion intelligente du réseau électrique en mettant en place une infrastructure de communication pour l'échange des données. A travers cette thèse, nous avons proposé un protocole de routage des données pour les réseaux de capteurs sans fil (WSN) appliqués au niveau distribution des SGs. Nous avons proposé GRACO, un nouveau protocole de routage géographique basé sur l'intelligence d'essaim pour les WSNs. GRACO utilise le routage géographique comme mécanisme principal de routage de données, et un processus de recouvrement basé sur l'optimisation par colonies de fourmis pour contourner les vides de communication. Les performances du protocole ont été validées à travers des simulations. En comparant les résultats à l'état de l'art, le protocole proposé permet d'améliorer les performances du réseau en termes de taux de livraison, temps de réception et coût de livraison. Ensuite, nous avons proposé GRACO pour les réseaux de voisinages(NAN) sans fil du SG. GRACO permet d'assurer tous les types de paradigme de communication, surtout la communication Point-à-Point tout en offrant une évolutivité et des capacités d'auto-guérison. La faisabilité de GRACO dans les NANs a été confirmée à travers des simulations en utilisant des paramètres définis par le NIST.Enfin, nous nous sommes concentrés sur les qualités de service (QoS) requises par les applications du NAN. Nous avons ajouté un modèle de QoS à GRACO pour tenir compte de ces exigences. Les performances du protocole ont été validées à travers des simulations. Les résultats ont montré que le protocole permet de satisfaire les exigences en termes de fiabilité et de délai de réception des données
The Smart Grid (SG) enables an intelligent management of the electrical grid. The implementation of SGs is conditional to the implementation of a communication infrastructure to exchange data between the entities connected to the grid. This thesis is positioned in the context of wireless sensor networks (WSN) in SGs. Through this work, we have proposed a data routing protocol for the communication network at the distribution level. First, we proposed GRACO, a new geographical routing protocol based on swarm intelligence for WSNs. GRACO uses the geographic routing as a main data routing mechanism, and a recovery process based on ant colony optimization to bypass communication voids. The protocol performances were validated through simulations. By comparing the results to the state of the art, the proposed protocol improves the network performances in terms of data delivery rate, end-to-end delay and delivery cost. Second, we proposed GRACO as the routing protocol for wireless neighborhood area networks (NANs) in SG. GRACO ensures all communication schemes, especially Point-to-Point communication while providing scalability and self-healing capabilities. The feasibility of the protocol in NANs was confirmed through simulations using parameters defined by NIST.Finally, we focused on the qualities of service (QoS) required by NAN's applications. We have added a QoS model to the proposed routing protocol to take account of NAN's communication requirements. The performances of the new protocol were validated through simulations. The results showed that the protocol can satisfy the most severe requirements in terms of reliability and end-to-end delay

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Amaripadath, Deepak. "Development of Tools for Accurate Study of Supraharmonic Emissions in Smart Grids." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA016.

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Abstract:

Alors que la préoccupation mondiale pour le changement climatique et ses effets se multiplient, les gouvernements sont forcés de prendre des décisions fermes en faveur de la mise en place des réseaux électriques intelligents. Toutefois, le succès de ces actions dépend fortement de la satisfaction de certaines exigences du réseau électrique soulevées par la qualité de l’énergie fournie et les moyens de l’évaluer. Les réseaux électriques intelligents doivent relever les défis posés par l’utilisation croissante des sources d’énergie renouvelables, telles que le photovoltaïque (PV), le vent, etc. et les équipements, tels que les onduleurs photovoltaïques (PVI), les chargeurs de véhicules électriques (EVC), etc. Cela introduit un environnement opérationnel de dynamique complexe pour le système de distribution. Les distorsions provenant d’équipement de nouvelle génération et de charge sont généralement plus importantes et moins régulières que celles dues à l’équipement de génération traditionnelle et de charge, rendant les mesures de puissance et d’énergie difficiles à effectuer.Dans ce contexte, la thèse vise à quantifier et reproduire les émissions supra-harmoniques pour des fréquences de 2 à 150 kHz. Par conséquent, la littérature existante sur les émissions supra-harmoniques pour des fréquences de 2 à 150 kHz est étudiée. Le système de mesure à 4 voies est conçu et mis en œuvre pour la mesure des composantes fondamentales et supra-harmoniques des formes d’onde de tension et de courant pour des fréquences de 2 à 150 kHz dans le réseau électrique. Les mesures sont effectuées dans la plateforme Concept Grid. La caractérisation des équipements individuels et les tests du réseau électrique sont effectués ici. Les formes d’onde acquises durant les campagnes de mesure sont traitées mathématiquement à l’aide de l’algorithme de transformation rapide de Fourier (FFT) et statistiquement à l’aide de l’algorithme d’analyse de variance (ANOVA). Le traitement mathématique et statistique des formes d’onde acquises permet de déterminer les effets individuels et les interactions des différents paramètres dans la génération des émissions supra-harmoniques dans le réseau électrique. Les différents paramètres, tels que les émissions primaires et secondaires, les effets de la longueur du câble, les effets de l’ajout soudain et l’enlèvement de l’équipement de charge sont également étudiés.La thèse décrit la conception de la plateforme complexe d’onde, qui peut être utilisée pour des essais en laboratoire et la caractérisation des analyseurs de qualité de puissance (PQA) pour des fréquences de 2 à 150 kHz. Dans les réseaux électriques, la plateforme d’onde peut être utilisée pour mesurer les émissions supra-harmoniques pour des fréquences de 2 à 150 kHz. L’architecture logicielle de la plateforme d’onde est décrite ici. De plus, le document explique la conception matérielle de la plateforme d’onde. Il comprend également les applications de la plateforme d’onde du laboratoire et du réseau électrique. La configuration au laboratoire pour la caractérisation du PQA et le schéma de mesure pour les formes d’onde du réseau électrique sont également représentés ici. Le bilan d’incertitude pour la plateforme d’onde est calculé en tenant compte des différents facteurs, tels que la longueur du câble, le bruit, etc., sont discutés dans la thèse. Enfin, le PQA est caractérisé dans des fréquences de 2 à 150 kHz par rapport à la plateforme d’onde pour des amplitudes d’émission variables
As the worldwide concern for the climate change and its effects are growing, the governments are forced to make strong decisions in favour of the implementation of the smart electrical grids. However, the success of these actions strongly depends on meeting the certain requirements of the electricity system raised by the quality of the energy supplied and the means to assess it. The smart electrical networks have to tackle the challenges raised by the increasing uptake of the renewable energy sources, such as the photovoltaic (PV), wind, etc. and the equipment, such as photovoltaic inverters (PVI), electric vehicle chargers (EVC), etc. This introduces a complex dynamic operating environment for the distribution system. The distortions coming from the new generation and load equipment are generally larger and less regular than those due to the traditional generation and load equipment, making the power and energy measurements difficult to perform.In this context, the thesis aims to quantify and reproduce the supraharmonic emissions in the frequency range of 2 to 150 kHz. Therefore, the existing literature on the supraharmonic emissions in the frequency range of 2 to 150 kHz is studied. The 4-channel measurement system is designed and implemented for the measurement of the fundamental and supraharmonic components of the voltage and current waveforms in the frequency range of 2 to 150 kHz in the electrical network. The measurements are carried out in the Concept Grid platform. The individual equipment characterization and electrical network tests are carried out here. The waveforms acquired during the measurement campaigns are processed mathematically using the fast Fourier transform (FFT) algorithm and statistically using the analysis of variance (ANOVA) algorithm. The mathematical and statistical processing of the acquired waveforms helps to determine the individual effects and interactions of the different parameters in the generation of the supraharmonic emissions in the electrical network. The various parameters, such as the primary and secondary emissions, effects of the cable length, effects of the sudden addition and removal of the load equipment are also studied.The thesis describes the design of the complex waveform platform, which can be used for the laboratory testing and the characterization of the power quality analyzers (PQA) in the frequency range of 2 to 150 kHz. In the electrical networks, the waveform platform can be used to measure the supraharmonic emissions in the frequency range of 2 to 150 kHz. The software architecture of the waveform platform is described here. In addition, the paper explains the hardware design of the waveform platform. It also includes the laboratory and electrical network applications of the waveform platform. The laboratory setup for the characterization of the PQA and the measurement schema for the electrical network waveforms are also depicted here. The uncertainty budget for the waveform platform is calculated considering the various factors, such as the cable length, noise, etc. are discussed in the thesis. Finally, the PQA is characterized in the frequency range of 2 to 150 kHz with respect to the waveform platform for varying emission amplitudes

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Tang, Daogui. "A simulation-based modeling framework for the analysis and protection of smart grids against false pricing attacks." Thesis, université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPAST017.

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Abstract:

L’intégration des technologies de l’information et de la communication (ICT) dans les réseaux électriques permet un échange de communication bidirectionnel entre les clients et les services publics, ce qui contribue gager les clients dans divers programmes de réponse à la demande (DR) des réseaux intelligents (SG), tels que la tarification en fonction du temps d’utilisation (TOU) et la tarification en temps réel (RTP). Toutefois, cela expose les réseaux intelligents à des menaces supplémentaires provenant de la couche ICT du système cyber physique. En effet, la menace de cyber-attaques est devenue une préoccupation majeure. Dans ce contexte, la thèse se concentre sur la modélisation, la détection et la défense d’un type spécifique de cyber-attaques aux systèmes de DR, à savoir les fausses attaques de tarification (FPA). L’étude aborde le problème tout d’abord en modélisant les FPA initiées dans les réseaux sociaux (SN). Le processus de propagation des faux prix de l’électricité est décrit par un modèle de propagation d’influence à plusieurs niveaux qui tient compte des caractéristiques de la personnalité des clients et de la valeur de l’information. La simulation de Monte Carlo est utilisée pour tenir compte des caractéristiques stochastiques du processus de propagation de l’influence. Ensuite, en considérant l’intégration des ressources énergétiques renouvelables distribuées (DRER) dans le contexte des RTP, nous étudions les FPA où les attaquants manipulent les prix de l’électricité en temps réel en injectant de fausses informations sur la consommation et la production d’énergie renouvelable. En conséquence, un détecteur d’attaques en ligne basé sur un réseau neuronal convolutif (CNN) est proposé pour détecter les FPA considérées. Enfin, pour atténuer l’impact des FPAs, une stratégie de défense optimale est étudiée, compte tenu des ressources de défense limitées. L’interaction dynamique entre les attaquants et les défenseurs est modélisée comme un jeu de Markov à somme nulle où aucun des deux joueurs ne dispose d’informations complètes sur le modèle de jeu. Une méthode d’apprentissage de renforcement multi-agents sans modèle est proposée pour résoudre le jeu et trouver les politiques d’équilibre de Nash pour les deux joueurs. Les résultats de la thèse donnent un aperçu de la façon dont les APF ont un impact sur les systèmes d’énergie cyber physique en trompant une partie des clients sur le marché de l’électricité et fournissent des implications sur la fa d’atténuer cet impact en détectant et en défendant les attaques
The integration of information and communication technology (ICT) systems with power systems enables a two-way communication exchange between customers and utilities, which helps engaging customers in various demand-response (DR) programs of smart grids (SGs), such as time-of-use (TOU) pricing and real-time pricing (RTP). However, this makes SG cyber-physical system exposed to additional threats coming from the ICT layer. For this reason, the threat of cyber attacks of various types has become a major concern. In this context, the focus of the thesis is on the modeling of , detection of and defense from a specific type of cyber attacks to DR schemes, namely, false pricing attacks (FPAs). The study approaches the problem firstly by modeling FPAs initiated in social networks (SNs). The false electricity prices spreading process is described by a multi-level influence propagation model considering customers’ personality characteristics and information value. Monte Carlo simulation is utilized to account for the stochastic nature of the influence propagation process. Then, considering the integration of distributed renewable energy resources (DRERs) in the RTP context, we study FPAs where attackers manipulate realtime electricity prices by injecting false consumption and renewable generation information. A convolutional neural network (CNN)-based online detector is developed to detect the considered FPAs. Finally, to mitigate the impact of FPAs, an optimal defense strategy is defined, under limited resources. The dynamic interaction between attackers and defenders is modeled as a zero-sum Markov game where neither player has full information of the game model. A modelfree multi-agent reinforcement learning method is proposed to solve the game and find the Nash Equilibrium policies for both players. The thesis provides a simulationbased framework for modelling FPAs to smart grids. The findings of the thesis give insights into how FPAs can impact cyber-physical power systems by misleading a portion of customers in the electricity market and provide implications on how to mitigate such impact by detecting and defending the attacks

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Klaimi, Joelle. "Gestion multi-agents des smart grids intégrant un système de stockage : cas résidentiel." Thesis, Troyes, 2017. http://www.theses.fr/2017TROY0006/document.

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Abstract:

Cette thèse s’intéresse à la gestion décentralisée à l’aide des systèmes multi-agents de l’énergie, notamment de sources renouvelables, dans le contexte des réseaux électriques intelligents (smart grids). Nos travaux de recherche visent à minimiser la facture énergétique des consommateurs en se focalisant sur deux verrous essentiels que nous nous proposons de lever : (1) résoudre le problème de l’intermittence des énergies renouvelables; (2) minimiser les pertes d’énergie. Pour pallier le problème d’intermittence des énergies renouvelables et dans le but de maintenir un coût énergétique peu onéreux même lors des pics d’utilisation, nous avons intégré un système de stockage intelligent. Nous avons, en effet, proposé des algorithmes permettant d’utiliser les systèmes de stockage intelligents et la négociation multi-agents pour réduire la facture énergétique tout en conservant un taux de décharge minimal de la batterie et une perte énergétique minimale. La validation par simulation de nos contributions a montré que celles-ci répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant le coût de l’énergie pour les consommateurs en comparaison aux travaux de l’état de l’art
This thesis focuses on the decentralized management using multi-agent systems of energy, including renewable energy sources, in the smart grid context. Our research aims to minimize consumers’ energy bills by answering two key challenges: (1) handle the problem of intermittency of renewable energy sources; (2) reduce energy losses. To overcome the problem of renewable resources intermittency and in order to minimize energy costs even during peak hours, we integrated an intelligent storage system. To this end, we propose many algorithms in order to use intelligent storage systems and multi-agent negotiation algorithm to reduce energy cost while maintaining a minimal discharge rate of the battery and minimal energy loss. The validation of our contributions has shown that our proposals respond to the identified challenges, including reducing the cost of energy for consumers, in comparison to the state of the art

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Ali, Zazou Abdelkrim. "Conception d'un outil d'optimisation dynamique du schéma d'exploitation du réseau de distribution d'électricité de SRD." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0010.

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Abstract:

Le réseau de distribution électrique français, construit dans une optique de desserte d'électricité depuis les centrales de production en amont, vers les consommateurs en aval, est aujourd'hui le lieu de transits d'énergie multi-sens et dont la charge instantanée dépend à la fois des consommations et des productions locales. Il faut donc moderniser les modèles d'exploitation des réseaux actuellement utilisés.C'est dans ce contexte que le gestionnaire du réseau de distribution de la Vienne SRD, et les différentes équipes du laboratoire LIAS, ont cherché à mettre en place un outil d'optimisation des schémas d'exploitation des réseaux de distribution d'électricité de la VIENNE.Dans cette thèse, le trnvt1il s'est porté principalement sur la modélisation du problème et non sur les méthodes de résolution. En effet, le contexte industriel du développement de l'outil d'optimisation du réseau a permis de se rapprocher au mieux de la réalité des informations disponibles concernant le réseau électrique. Et il est apparu plus pertinent d'utiliser des méthodes de résolution exactes tout en recherchant à simplifier le modèle complexe de représentation du réseau électrique. Ainsi,un modèle simple d'optimisation basé sur le problème de Bot à coût minimum a été mis en place et une étude comparative a été réalisée avec les modèles complexes présents dans la littérature.Ce premier modèle a été reformulé et rendu convexe et quadratique, et permet ainsi d'obtenir des performances supérieures en terme de temps de résolution à solution égale. Le problème d'optimisation simplifié a aussi été élaboré pour permettre de prendre en compte un horizon de temps dans l'optimisation du réseau électrique', afin de prendre en compte des profils de consommation et de production au cours du temps. En effet, ceci permet ainsi de prendre en compte des variations liées au comportement des consommateurs et des producteurs reliés au réseau.Et pour finir. ces modèles d'optimisation ayant pour objectif d'être inséré dans un outil d'aide à la décision pour une utilisation dans un contexte industriel. différentes contraintes liées à l'exploitation des réseaux électriques ont été insérées au modèle.Différents cas d'études issus de la littérature sont présentés pour valider la pertinence du modèle au regard des méthodes existantes. Nous avons pu expérimenter en simulation notre optimisation de réseau sur données de réseaux réels, ce qui a démontré l'applicabilité de la démarche à des problèmes de tailles importantes correspondant à la réalité du réseau électrique de SRD
The French electrical distribution network was originally built to bring electricity from very large producers to consumers, but it has now become a place of multi-directional energy flows that rely on local production and consumption. Because of this new situation, the way of operating electrical networks needs to be renewed. In light of this, the local Distribution System Operator (SRO) of the French department Vienne and the different teams of the LIAS laboratory have worked together on the development of a distribution network configuration optimization tool. In this thesis the majority of the work was focused on the modeling part of the problem rather than on the development of new optimization methods. The industrial root of this project gave the opportunity to be very close to the reality of the available network data. Based on those observations,it was more consistent to use exact and precise optimization methods to solved simplified versions of the complex electrical network models.Thus a simple optimization model based on the minimum cost flow problem was developed, and a comparative study between the developed model and state of the art more complex one was led. This simple model was reformulated to become convex and quadratic and to reach better resolution time performances with the same solutions. This optimization problem was developed to take into account a time horizon factor into the optimization of the operation planning of the distribution network. The time horizon factor aim to represent the production and consumption variation over a selected period. Finally. because this model has to be integrated into a decision making helping tool that will be used by the DSO SRD several operational constraints were added into the optimization model. Several state of the art case studies arc presented to validate the model accuracy regarding existing methods. Simulation experiments were done on real networks data to show the applicability of the proposed optimization model over large scale case studies which correspond to the DSO SRO reality

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Cailliere, Romain. "Mécanismes de négociation distribuée pour la gestion intelligente de l’énergie." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1141/document.

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Abstract:

Les besoins, toujours plus grands, en énergie et la pollution de la planète, due à l'utilisation d'énergies polluantes non-renouvelables, obligent à concevoir de nouveaux modèles énergétiques durables et fiables. Ces nouveaux modèles se fondent, aujourd'hui, sur une intégration massive des énergies renouvelables dans le réseau électrique. Le problème des énergies renouvelables est leur caractère intermittent, dépendant des conditions météorologiques, la plupart du temps. L'arrivée des nouvelles technologies de l'information et de la communication permet l’intégration d’une couche informationnelle au réseau énergétique lui permettant d'être intelligent et d'entrevoir la possibilité d'une gestion distribuée des énergies renouvelables. Ces énergies étant principalement décentralisées, contrairement aux imposantes centrales nucléaires, au charbon, au gaz et au fioul, sont produites directement chez le consommateur. Le consommateur devient alors un prosumer capable de répondre à ses besoins énergétiques, voire même d'agir comme un producteur s'il produit plus d'énergie qu'il n'en consomme. Mais l'arrivée d'une pléthore de petits acteurs capables d'acheter et de vendre de l'énergie, en temps réel, dans un marché comprenant les puissants acteurs traditionnels du marché peut être une source de volatilité pour les prix de l'énergie. Des variations importantes des prix peuvent conduire à des situations néfastes en déstabilisant le réseau. Pour faire face à ce problème, nous avons développé un premier mécanisme de négociation automatique, sur trois échelles de temps, qui impose des contraintes sur la demande ainsi que sur les prix pour garantir leur stabilité. Ce mécanisme s'appuie sur des entités représentatives (producteurs, prosumers et agrégateurs) pour gérer l'offre et la demande sans toutefois prendre en compte l'impact sur le réseau des contrats négociés entre ces entités. Le second mécanisme, fondé sur la technologie Blockchain, permet des négociations bilatérales décentralisées et prend en compte les impacts physiques de chaque échange d'énergie entre prosumers, garantissant ainsi l'intégrité du réseau. Le mécanisme ainsi proposé se soustrait à une gestion de la stabilité du réseau par des tiers
Increasing needs in energy, and earth pollution, coming from the use of polluting and non-renewable energy, make it indispensable the design of new energetic models, sustainable and reliable. Today, these new models are based on a massive integration of renewable generators in the grid. The renewable integration issues come from their stochastic features, depending on the weather conditions, most of the time. The coming of new information and communication technologies allows the integration of an information layer to the energy grid allowing it to be smarter and allow to have a glimpse of the possibility of a decentralised management of renewable energy. These energy being mainly decentralised, unlike imposing nuclear, coal and gas power plants, are produced directly at the customer's location. Consumers become, then, a prosumer able to answer to its own energetic needs,and maybe to act as a producer if it produces more energy than it consumes. But, the coming of a plethora of small actors, able to buy and sell energy, in real time, in a market containing the more powerful actors, traditional in the market, can be a source of volatility for energy prices. Considerable variations of the price can lead to detrimental situations by disturbing the grid. To face this problem, we developed a first mechanism for automatic negotiations, on three time scales, which decrees constraints on demand and on prices in order to guarantee their stability. This mechanism rely on representative entities (producers, prosumers and aggregators) to manage demand and supply without taking into account the impact on the grid of the negotiated contracts between these entities. The second mechanism, based on blockchain technology, allows bilateral decentralised negotiations and take into account the physical impacts on the grid of each energy exchange between prosumers, guaranteing then, the grid integrity. The proposed mechanism exempt itself from a management of the grid stability from a centralised third part

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Trigueiro, dos Santos Leonardo. "Contribution on the day-ahead and operational optimization for DC microgrid building-integrated." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2352/document.

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Abstract:

Cette recherche se concentre sur l'optimisation d'un micro-réseau en interaction avec le réseau électrique intelligent. Il s'agit de la recherche de solutions optimales pour la conception d'un micro-réseau afin de minimiser les coûts, d'une part, et la possibilité augmenter 1'utilisation des sources renouvelables, d'autre part. La supervision, doit traiter la prise en compte des incertitudes dans la gestion prédictive optimisée des flux de puissance
This thesis study focuses on a DC microgrid building-integrated satisfying the power balance at the local level and supplying DC loads during both, grid-connected and isolated operation modes. Considering that energy management can be defined as a group of different control strategies and operational practices that together with the new physical equipment and software solutions aims to accomplish the objectives of energy management, the main objective of this thesis is to define the energy management strategies for the building-integrated DC microgrid, aiming to keep the bus voltage stable as well as to reduce the energy cost to the end users and the negative impact to the main grid. Therefore, this research work focuses to optimize and develop the implementation of the designed controller of building-integrated DC microgrid. The proposed DC microgrid consists of PV building-integrated sources, a storage system, a main grid connection for the grid-connected mode and a micro turbine for the off-grid or isolated mode, and a DC load (electric appliances of a tertiary building). The bidirectional connections with the main grid and the storage aim to supply the building’s DC appliances, and sell or store the energy surplus. The results validate the operation of the whole system, ensuring the capability of the proposed supervisory control to manage the energy power flow while ensuring voltage stability. Other goals concern the analyze of the proposed separation between optimization and real time power balance and the usage of the proposed load shedding/restoration algorithm in the microgrid environment are also validate. Regarding the technical contributions, the work of this thesis allowed the creation and the practical development of a test bench for microgrid based on PV sources emulator, which allows the repeatability conditions (closeness of the agreement between the results of successive measurements of the same solar irradiance and air temperature carried out under the same conditions of measurement) and reproducibility (closeness of the agreement between the results of measurements of the same solar irradiation and air temperature carried out under changed conditions of measurement). Numerous experimental tests were carried out and allowed the validation of the proposed concepts

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Said, Dhaou. "Modèles et protocoles pour les interactions des véhicules électriques mobiles avec la grille." Thèse, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/6055.

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Abstract:

Dans de proches années, les véhicules électriques (VEs) vont faire leur apparition massive sur les marchés. Cela peut avoir un impact important sur le fonctionnement des réseaux d’électricité actuels qui devront ajuster leur fonctionnement à la nouvelle demande massive d'électricité provenant des VEs. Par contre, les VEs peuvent aussi être vus comme une nouvelle opportunité dans le futur marché d’électricité. En effet, une décharge/recharge intelligente peut permettre aux VEs d’être un support de stockage d’électricité important, valable, et permanent dont la capacité croit en fonction du nombre des VEs. Ce projet a comme objectifs de : (1) proposer un schéma d’interaction V2G (Vehicle-to-Grid) intégrant des techniques permettant de : (a) adapter le fonctionnement de la grille aux contraintes temporelles et spatiales relatives au processus de recharge des VEs dans un milieu résidentiel. On cherchera à satisfaire de différentes demandes en puissance des VEs branchés au secteur sans trop stresser la grille intelligente, (b) optimiser les opérations de chargement/déchargement entre les VEs et la grille dans les deux sens. (2) Proposer de nouveaux schémas de communication sans fil, entre les VEs et la grille intelligente loin des bornes de recharge, qui soient basés sur les standards de communications véhiculaires (VANETs) ainsi que sur d’autres standards de communication à grande échelle. On introduira des techniques d’accès à la grille intelligente pour négocier le coût de recharge/décharge des batteries, le temps d’attente du service, les emplacements et aussi pour planifier la motivation du consommateur afin de favoriser la stabilité de la grille.

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Houssamo, Issam. "Contribution à l'étude théorique, à la modélisation et à la mise en oeuvre d'un système multisource appartenant à un micro-réseau électrique : considération sur la qualité de l'énergie." Compiègne, 2012. http://www.theses.fr/2012COMP2020.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’étudier, d’analyser et de développer un système multisource appartenant à un micro-réseau DC avec la prise en considération de quelques aspects de la qualité de l’énergie. Le chapitre I présente l’intérêt du réseau intelligent afin d’assurer la meilleure coordination entre la production d’électricité distribuée et la consommation électrique. En vue de la prédiction, un modèle purement expérimental de la source photovoltaïque est développé et présenté dans le chapitre II. Par ailleurs, afin d’extraire la puissance maximale de la source photovoltaïque, un algorithme classique est amélioré et comparé énergétiquement avec trois autres méthodes. Dans le chapitre III, les éléments de la sécurisation du système multisource, soit le stockage électrochimique et le réseau public, sont caractérisés. Dans le cas d’un déficit du stockage, le réseau public est utilisé pour assurer l’alimentation de la charge, mais aussi pour évacuer le surplus d’énergie. Le chapitre IV est consacré au contrôle du système multisource et à sa validation expérimentale. La commutation entre les éléments de la sécurisation du système global fait l’objet d’une stratégie de gestion d’énergie dans laquelle la priorité est donnée au stockage caractérisé par son état de charge. Grâce à cette stratégie, la faisabilité technique du système multisource est expérimentalement validée. Le chapitre V présente quelques aspects portant sur l’amélioration de la qualité de l’énergie : du côté réseau public un correcteur résonnant est proposé, du côté bus continu on élimine la puissance pulsante par l’injection de son opposé à l’aide du stockage électrochimique
The objective of this thesis is to study, analyze and develop a multisource system belonging to a DC micro-grid with consideration of some aspects of the power quality. Chapter I presents the interest of the smart grid to ensure better coordination between distributed generation and power consumption. Having in view the prediction, a purely experimental model of photovoltaic source is developed and presented inChapter II. Furthermore, in order to extract the maximum power of the photovoltaic source, a classical algorithm is improved and the extracted energy is compared with three other methods. In Chapter III, the security system elements, the electrochemical storage and the public grid, are characterized. In the case of a storage shortage, the public grid is used to supply power to the load, but also trade back excess energy. Chapter IV presents the control of multisource system and its experimental validation. The energy management strategy taken into account is based on switching between the elements which secure the multisource system. For this, the priority is given to storage characterized by its state of charge. Thanks to this strategy, the technical feasibility of the multisource system is experimentally validated. Chapter V gives some aspects related to the improvement of the power quality: for the public grid side, a resonant controller is proposed, for the DC bus side, the pulsating power is eliminated by injecting the opposite signal supplied by the electrochemical storage

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Dobrowolski, Jean. "Modélisation, contrôle/commande et certification d'un micro-réseau électrique décentralisé avec entrées exogènes aléatoires et informations contraintes." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT111/document.

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Abstract:

Depuis plusieurs années, le secteur de l’énergie subit des changements importants. La prise de conscience du réchauffement climatique, la volonté d’introduire un mix énergétique permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre, mais aussi la raréfaction des sources d’énergies fossiles, tendent à favoriser la production d’électricité à partir d’énergies renouvelables. Les « microgrids » ou microréseaux électriques sont une de ces opportunités de nouveaux marchés, sur lequel souhaite se positionner fortement Schneider Electric.Les microgrids sont des versions à échelles réduites d’un réseau national, comportant des objectifs particuliers comme la sécurisation de l’énergie, la baisse d’émissions de gaz à effet de serre, etc. Ils sont composés de diverses sources de puissance : renouvelable (PV ; éolien, etc.), générateurs diesel, mais aussi de stockage et de consommateurs. Ils peuvent être connectés à un réseau principale, ou îlotés. Les microgrids îlotés étant intrinsèquement composés de producteurs à base d’énergie renouvelable et donc de convertisseurs statiques, l’inertie naturelle du réseau est très faible, comparée à celle d’un réseau classique composé de machine tournante. Dans ce type de configuration, un appel de charge, une baisse soudaine de production due à l’intermittence de certaines énergies, peut déstabiliser le réseau et créer des réactions en chaîne aboutissant à une perte totale du réseau.Parmi les marchés visés des microgrid, celui des îles, dont le réseau électrique est majoritairement assuré par des groupes électrogènes, présente l’objectif attirant d’améliorer une base existante en ajoutant des sources renouvelables à la production. Ces réseaux font face à de fortes contraintes de communication qui peut être difficile à établir, voir non existante. Ainsi, les commandes conventionnelles d’un microgrid ne permettent pas de répondre à la problématique présentée.Les travaux se résument en quatre étapes principales, dans un premier temps, différents modèles de simulations des sous-systèmes seront définis pour répondre à la problématique.Ces modèles serviront ensuite à la définition des lois de contrôle-commande d’un microgrid décentralisé à communication limité, et permettront, entre autres, de comparer les performances d’un tel contrôle avec un contrôle centralisé classique.La troisième étape de la thèse présentera la certification probabiliste des algorithmes décentralisés, afin d’assurer les performances souhaitées.Enfin, les travaux se termineront par des résultats de simulation et une phase d’expérimentation réelle, avec la mise en place d’un microgrid d’une puissance totale de 100kW, pour valider le fonctionnement des algorithmes
Since many years, the energy sector is undergoing significant changes. Awareness of global warming, the objective to use reduce greenhouse gas but also the scarcity of fossil energy, encourage the world to promote the use of more and more renewable energies. Electric microgrid are one of the opportunities new market on which Schneider Electric wants to launch.Microgrid are a scaled-down version of a national grid with specific objectives such as energy security, lower greenhouse gas emissions and so on. They are composed of several renewable sources (photovoltaic, wind for example), generators set, but also storage and consumers. They can be connected to a main grid or islanded. Since islanded microgrid are intrinsically composed of renewable producers with static converters, the natural grid inertia is particularly low compared to that of a classic grid with rotating machine. With this consideration, a load impact or a sudden drop of production due to renewable intermittency can destabilize the network and create chain reactions leading to a total grid blackout.Among the microgrids target markets, island whose electricity production is mostly provided by generators set presents the objective of improving an existing grid by adding renewable sources to production. These grid face strong communication constraints which can be difficult to establish, unreliable or non-existent. Thus, conventional microgrid commands do not allow to answer the presented problem.Objective of this thesis is to design the control algorithms of islanded microgrid without communication to ensure both frequency stability and to maximize renewable energy use.The presented work can be summarized in four main stages. First, several simulation models of microgrid subsystem will be defined for islanded microgrid analysis.These models will then be used to define control laws of a decentralized microgrid without communication. They will be used, inter alia, to compare performances of this decentralized control with a conventional centralized control.The third stage of the thesis will present the probabilistic certification of the decentralized algorithms in order to guarantee the desired performance.Finally, the work will end with simulation results and a real experimentation phase with the test on a 100 kVA microgrid to validate operation of algorithms

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Pajot, Camille. "OMEGAlpes : outil d’aide à la décision pour une planification énergétique multi-fluides optimale à l’échelle des quartiers." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT042.

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Abstract:

Majoritairement responsable du dérèglement climatique, le secteur de l’énergie est particulièrement visé et des politiques de transition énergétique voient le jour, en s’appuyant sur les principes de sobriété, d’efficacité et de productions énergétiques bas-carbone. Les systèmes énergétiques doivent s’adapter rapidement à ces changements et être conçus de façon à intégrer une approche multi-énergies et des stratégies de gestion de la demande. Dans ce contexte, cette thèse propose de développer une méthodologie et un outil d’aide à la décision associé, offrant aux différents acteurs énergétiques une aide pour concevoir, dimensionner, et gérer les systèmes énergétiques au niveau des quartiers. En premier lieu, une approche de planification énergétique par optimisation sera développée. Une méthodologie, basée sur des bilans de puissance sera ensuite présentée, pour traiter de façon générique des cas d’étude de planification énergétique à l’échelle du quartier, puis illustrée sur un cas de valorisation de chaleur fatale. Des modèles de consommation basés sur des approches statistiques seront ensuite employés, afin de représenter des scénarios de flexibilité temporelle (décalage d’usages). Une alternative à cette approche par les données, basée sur la modélisation physique des bâtiments, sera ensuite présentée à travers l’utilisation de modèles thermiques réduits. Enfin, l’ensemble de ces modèles sera capitalisé au sein d’un outil de génération automatique de modèles d’optimisation, s’appuyant sur une méthodologie de construction de modèles énergétiques à partir d’éléments génériques. Le développement de cet outil open source, en langage Python, et le principe de génération automatique des modèles sera enfin détaillé
Mostly responsible for climate change, the energy sector is particularly targeted and energy transition policies are emerging, based on the principles of sobriety, efficiency and low-carbon energy production. Energy systems need to adapt quickly to these changes and be designed to consider a multi-energy approach and demand-side management strategies. In this context, this thesis proposes to develop a methodology and an associated decision support tool OMEGAlpes, offering the different energy actors an aid to design, size, and manage energy systems at the district level. First, an optimal energy planning approach will be developed. A methodology, based on power balances will then be presented, to treat generically study cases about energy planning at the district scale, and then illustrated on a case of wasted heat recycling. Consumption models based on statistical approaches will then be used to represent temporal flexibility scenarios (load shifting). An alternative to this data approach, based on the physical modeling of buildings, will then be presented through the use of reduced thermal models. Finally, all of these models will be capitalized within an automatic generation tool for optimization models, based on a methodology for building energy models from generic elements. The development of this open source tool, in Python language, and the principle of automatic generation of models will finally be detailed

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Bouallaga, Anouar. "Gestion énergétique d’une infrastructure de charge intelligente de véhicules électriques dans un réseau de distribution intégrant des énergies renouvelables." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10043/document.

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Abstract:

La crise énergétique et environnementale ont promu le gouvernement à prendre des mesures vigoureuses pour stimuler la transition énergétique et accélérer la croissance verte. Dans cette politique, les véhicules électriques (VE) constituent à terme une réelle réponse aux problématiques actuelles. Leur insertion dans le système électrique a poussé l’ensemble des acteurs et notamment les gestionnaires de réseaux de distribution à privilégier une modernisation des réseaux électriques. Assimilée à la thématique des Smart Grids, la thèse vise à apporter des éléments de réflexion au concept de la gestion de la demande appliquée aux VE. La première partie de ce travail expose une méthodologie d’évaluation de l’impact technico-économique des VE sur les réseaux de distribution HTA/BTA. Ensuite, pour soulever cette problématique, une prospection des services du pilotage de charge orientés réseaux et marché est menée en deuxième partie. Une démarche d’analyse des pistes de valorisation a permis de dégager les services à forte contribution économique. A ce titre, une méthodologie de conception de stratégies de supervision optimisées est proposée. Son application a permis de tirer des conclusions sur la valorisation financière et environnementale des effacements de charges de VE. Les résultats de simulation sont employés pour une étude de rentabilité technico-économique. Ensuite, le comportement des réseaux de distribution face aux algorithmes de supervision est étudié par une approche de co-simulation. Enfin, les principes Smart Grids sont analysés et validés via des expérimentations réalisées sur un démonstrateur hybride interfaçant un simulateur temps réel avec du matériel physique
Energy and environmental crisis have prompted the government to take strong measures to stimulate energy transition and accelerate green growth. In this context, electric vehicles (EVs) are considered as a real solution to deal with the current problems. Their integration into the electrical system promotes distribution system operators to develop smart solutions in this field. Concerning the Smart Grids concept, the present work aims to provide answers to a wide range of questions for demand side management program using plug-in EVs charging strategies. The first section of this PhD project, presents a methodology to assess technical and economic impacts of EVs charging on Medium and Low voltage distribution networks. Afterwards, analyses about the competitive EVs load management ancillary services are conducted in the third chapter. By comparing potential and opportunities of each ones, three ancillary services for electricity market contribution were selected. In this context, a methodology for designing energy management strategies is proposed. The latter is applied to the selected ancillary services to assess the financial contribution of the developed strategies. Environmental aspects and Wind-to-Vehicle concept are also evaluated. Furthermore, thanks to a co-simulation interface, the interactions between supervision strategies and real distribution networks are analyzed. The last section presents a Hardware-in-the-loop demonstrator using a real time simulator, smart meters and EVs charging stations. Through experiments, communication constraints and Smart Grids principles are evaluated and validated

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Durillon, Benoit. "ModAICSS : Modélisation de l’acceptation et de l’implication de producteurs et consommateurs d’énergie électrique en vue d’une stratégie de supervision énergétique multi-acteurs." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I094.

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Abstract:

Les défis environnementaux auxquels nous sommes confrontés impliquent de consommer moins, plus efficacement, et de produire de manière moins impactante. D'un point de vue électrique, la gestion d'énergie dans les réseaux est un des points cruciaux pour atteindre la meilleure efficacité possible tout en augmentant la pénétration d'énergies renouvelables, garante d'une production moins polluante. L'ensemble des acteurs du réseau doit donc prendre part à l'équilibre du réseau, tout en ayant leurs sensibilités et contraintes respectées. Cette prise en compte des acteurs est en effet un gage d'acceptation et d'implication de ceux-ci. Ce travail se veut donc exploratoire, par la définition et la compréhension des acteurs du réseau électrique dans un premier temps, puis par la réflexion sur l'intégration de leurs profils dans un superviseur énergétique. Le génie électrique seul ne permettant pas de répondre entièrement à cette problématique, l'apport des sciences humaines et sociales a donc été sollicité. Cette thèse a donc un fort caractère interdisciplinaire, illustré par la coopération avec des chercheurs en sociologie et économie impliqués dans son encadrement. Le résultat de ces recherches est une méthodologie en 3 étapes, applicable à tous les acteurs du réseau. La première étape est la définition des profils d'acteurs. La deuxième est la première brique du superviseur énergétique, optimisant les productions/consommations la veille pour le lendemain. Enfin, la troisième étape est la partie temps réel du superviseur, ajustant au cours de la journée les productions/consommations. Cette thèse se décompose donc en deux parties distinctes: d'un côté la méthodologie présentant le détails des étapes et des approches choisies, et de l'autre l'application de cette méthode à un cas d'étude résidentiel
The environmental challenges we are currently facing require a drastic shifting in our way to consume: the new paradigm should be less, efficiently, and with the lowest possible impact on the environment. From the electric grid point of view, energy management is of particular interest to reach efficiency while increasing the penetration rate of renewable energy sources, thus ensuring an environmentally friendly production. To that end, all grid stakeholders must take part in the equilibrium, while having their sensitivities and constraints respected. This consideration of stakeholders objectives is indeed an important factor for their acceptance and their involvement. The novelty of this exploratory work is to be found in the definition and understanding of electrical grid stakeholders, and the integration of their profiles in an energy supervisor. As electrical engineering alone does not enable to grasp all the aspects of the problematic, the contribution of humanities and social sciences was introduced. Therefore the interdisciplinary dimension is strong, illustrated by the cooperation with sociology and economy researchers involved in the oversee of this research. The result is a 3-steps methodology applicable to each stakeholder of the grid. The first step is the definition and segmentation of stakeholder profiles. The second step is the first stage of the energy supervisor, optimizing the production and consumption a day ahead. Finally, the third step is the real time management of energy, adjusting the production and consumption during the day. This thesis is therefore divided into two distinct parts: on one side, the global methodology describing each step and the potential approaches, on the other hand, the use of this methodology on a residential case study

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Lequay, Victor. "Une approche ascendante pour la gestion énergétique d'une Smart-Grid : modèle adaptatif et réactif fondé sur une architecture décentralisée pour un système générique centré sur l'utilisateur permettant un déploiement à grande échelle." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1304.

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Abstract:

Le domaine de la gestion de l'énergie dans les smart grids a été largement exploré ces dernières années, de nombreuses approches différentes étant proposées dans la littérature. En collaboration avec notre partenaire industriel Ubiant, qui déploie des solutions d'optimisation énergétique du bâtiment, nous avons mis en évidence le besoin d'un système vraiment robuste et évolutif exploitant la flexibilité de la consommation résidentielle pour optimiser l'utilisation de l'énergie au sein d'une smart grid. Dans le même temps, nous avons observé que la majorité des travaux existants se concentraient sur la gestion de la production et du stockage et qu'aucune des architectures proposées n'étaient véritablement décentralisées. Notre objectif était alors de concevoir un mécanisme dynamique et adaptatif permettant de tirer parti de toute la flexibilité existante tout en garantissant le confort de l'utilisateur et une répartition équitable des efforts d'équilibrage ; mais aussi de proposer une plate-forme ouverte et modulaire avec laquelle une grande variété d'appareils, de contraintes et même d'algorithmes pourraient être interfacés. Dans cette thèse, nous avons réalisé (1) une évaluation des techniques actuelles de prévision de la consommation individuelle en temps réel, dont les résultats nous ont amenés à suivre (2) une approche ascendante et décentralisée pour l'ajustement diffus résidentiel reposant sur un mécanisme de compensation pour assurer un effacement stable. Sur cette base, nous avons ensuite construit (3) une plate-forme générique centrée sur l'utilisateur pour la gestion de l'énergie dans les réseaux intelligents, permettant une intégration aisée de plusieurs périphériques, une adaptation rapide à l'évolution de l'environnement et des contraintes, ainsi qu'un déploiement efficace
The field of Energy Management Systems for Smart Grids has been extensively explored in recent years, with many different approaches being described in the literature. In collaboration with our industrial partner Ubiant, which deploys smart homes solutions, we identified a need for a highly robust and scalable system that would exploit the flexibility of residential consumption to optimize energy use in the smart grid. At the same time we observed that the majority of existing works focused on the management of production and storage only, and that none of the proposed architectures are fully decentralized. Our objective was then to design a dynamic and adaptive mechanism to leverage every existing flexibility while ensuring the user's comfort and a fair distribution of the load balancing effort ; but also to offer a modular and open platform with which a large variety of devices, constraints and even algorithms could be interfaced. In this thesis we realised (1) an evaluation of state of the art techniques in real-time individual load forecasting, whose results led us to follow (2) a bottom-up and decentralized approach to distributed residential load shedding system relying on a dynamic compensation mechanism to provide a stable curtailment. On this basis, we then built (3) a generic user-centered platform for energy management in smart grids allowing the easy integration of multiple devices, the quick adaptation to changing environment and constraints, and an efficient deployment

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Wu, Yu. "System operation and energy management of EV charging stations in smart grid integration applications." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA030.

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Abstract:

Véhicules électriques (EV) présente les avantages de zéro émission directe et d'un rendement élevé de conversion de l'énergie électrique. Toutefois, les installations de charge des véhicules électriques restent largement rares en raison des coûts d'investissement et d’exploitation élevés. Dans le but d’améliorer le taux de pénétration des installations de charge de véhicules électriques, cette thèse étudie le contrôle du système et l’optimisation de l’activité économique des stations de charge de véhicules électriques (EVCS).Premièrement, en tant que principes de contrôle du système de gestion de l’énergie de niveau supérieur, les techniques de contrôle principales sont étudiées pour le fonctionnement en temps réel d’un système EVCS. Afin de garantir la stabilité et la capacité dynamique du système de micro-réseau de chargement de véhicules électriques, ce travail a porté sur les techniques de contrôle coordonnées d'un système EVCS avec un système photovoltaïque local et un système de stockage.Deuxièmement, afin de réduire les coûts de fonctionnement de l’EVCS, un EMS basé sur la programmation dynamique approximative (ADP) est proposé pour l’EVCS équipé de plusieurs types de chargeurs (EVCS-MTC). Plusieurs véhicules électriques peuvent acquérir le service de charge via un chargeur commun dans l’EVCS-MTC. Dans l'EMS proposé, l'ADP et l'algorithme d'évolution (EA) sont combinés pour déterminer le temps de début de charge optimal pour chaque EV.Enfin, afin d'intégrer les énergies renouvelables dans l'EVCS, une formulation de processus de décision de Markov (MDP) à horizon fini est proposée pour le fonctionnement optimal d'un EVCS assisté par PV sur un campus universitaire, utilisant la technologie de véhicule à réseau (V2G). fournir des services auxiliaires et prendre en compte le prix dynamique de l'électricité et les comportements incertains des propriétaires de EV
Electric vehicles (EV) have the advantages of zero direct emissions and high electrical energy conversion efficiency. However, EV charging facilities remain largely scarce due to the high investment and operation costs. In order to improve the penetration rate of EV charging facilities, the system control and economic operation optimization of EV charging stations (EVCS) are studied in this thesis.Firstly, as the control fundamentals of upper-level energy management system (EMS), the primary control techniques are studied for the real-time operation of an EVCS. In order to ensure the stability, dynamic capability of the EV charging micro grid system, this work investigated the coordinated control techniques of an EVCS with a local PV system and ESS.Secondly, in order to reduce the operation costs of the EVCS, an approximate dynamic programming (ADP) based EMS is proposed for the EVCS equipped with multiple types of chargers (EVCS-MTC). Multiple EVs can acquire the charging service through a common charger in the EVCS-MTC. In the proposed EMS, the ADP and the evolution algorithm (EA) are combined to determine the optimal charging start time for each EV.Lastly, in order to integrate the renewable energy into EVCS, a finite-horizon Markov Decision Process (MDP) formulation is proposed for the optimal operation of a PV assisted EVCS in a university campus, employing the vehicle-to-grid (V2G) technology to provide ancillary services and taking dynamic electricity price and uncertain behaviors of EV owners into considerations

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Wang, Dian. "Microgrid based on photovoltaic energy for charging electric vehicle stations : charging and discharging management strategies in communication with the smart grid." Thesis, Compiègne, 2021. http://www.theses.fr/2021COMP2584.

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Abstract:

Le développement rapide des véhicules électriques (EVs) augmente la demande de puissance, ce qui provoque une charge supplémentaire sur le réseau public et augmente les fluctuations de la charge. Par conséquent, la forte pénétration des EVs est freinée. Un algorithme simulé en temps réel et basé sur des règles est élaboré pour les bornes de recharge des EVs alimentées par un micro-réseau DC afin de faire face aux incertitudes du comportement des utilisateurs des EVs. L'algorithme prend en considération les choix arbitraires et aléatoires proposés via l'interface homme-machine. Les résultats de simulation sont obtenus sous MATLAB / Simulink et vérifient la faisabilité de la stratégie de gestion proposée. Cette stratégie présente de bonnes performances en garantissant un contrôle précis. Par ailleurs, les algorithmes d'optimisation de délestage et de la restauration des EVs (SROA) pour la recharge de la puissance de la batterie peuvent être utilisés pour répondre aux besoins des utilisateurs. Aussi les algorithmes SROA maintiennent l'équilibre de la puissance de la station de recharge des EVs. Les algorithmes SROA prennent en compte l'intermittence de la source photovoltaïque (PV), la limitation de capacité du stockage et la limitation de puissance du réseau public. En comparant les résultats de la simulation aux algorithmes basés sur les règles, les algorithmes SROA proposés respectent le choix de l'utilisateur, réduisent le temps de charge total, augmentent le plein débit et maximisent l'utilisation de la puissance disponible. Les résultats de la simulation montrent la faisabilité et l'efficacité des algorithmes SROA. En outre, une station de charge basée sur le PV pour les EVs peut participer à la résolution de certains problèmes liés au pic de puissance. D'autre part, la technologie de véhicule à réseau (V2G) est conçue et appliquée pour fournir des services auxiliaires au réseau pendant les périodes de pointe, et V2G considère la dualité de la batterie des EVs « charge et source ». Ainsi, un algorithme de recherche dynamique des pics et de vallées est proposé pour une station de recharge des EVs afin d'atténuer l'impact sur le réseau public. Cet algorithme réduit ainsi le coût énergétique du réseau public. Les résultats de la simulation démontrent bien l'efficacité de l'algorithme de recherche des pics et des vallées. L'algorithme peut garantir l'équilibre du réseau public, satisfaire la demande de charge des utilisateurs des EVs et, surtout, réduire le coût énergétique du réseau public
The rapid development of electric vehicles (EVs) increases the power demand, which causes an extra burden on the public grid increasing the load fluctuations, therefore, hindering the high penetration of EVs. A real-time rule-based algorithm for electric vehicle (EV) charging stations empowered by a DC microgrid is proposed to deal with the uncertainties of EV users’ behaviour considering its arbitrary and random choices through the human-machine interface, meanwhile considering most of the users’ choices. The simulation results obtained under MATLAB/Simulink verify the feasibility of the proposed management strategy that presents a good performance in terms of precise control. In addition, EV shedding and restoration optimization algorithms (SROA) for battery charging power can be used to meet user needs while maintaining EV charging station power balance, taking into consideration the intermittency of the photovoltaic (PV) source, the capacity limitation of the storage, and the power limitation of the public grid. The simulation results show that compared with rule-based algorithm, the proposed SROA respect the user's choice while reducing total charging time, increasing the full rate, and maximizing the available power utilization, which shows the feasibility and effectiveness of SROA. Furthermore, a PV based charging station for EVs can participate to solve some peak power problems. On the other hand, vehicle to grid (V2G) technology is designed and applied to provide ancillary services grid during the peak periods, considering the duality of EV battery “load-source”. So, a dynamic searching peak and valley algorithm, based on energy management, is proposed for an EV charging station to mitigate the impact on the public grid, while reducing the energy cost of the public grid. Simulation results demonstrate the proposed searching peak and valley algorithm effectiveness, which can guarantee the balance of the public grid, meanwhile satisfy the charging demand of EV users, and most importantly, reduce the public grid energy cost

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Benblidia, Mohammed Anis. "Pour une meilleure efficacité énergétique dans un système Smart Grid - Cloud." Thesis, Troyes, 2021. http://www.theses.fr/2021TROY0019.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions l’efficacité énergétique des infrastructures informatiques dans un système smart grid – cloud. Nous nous intéressons plus particulièrement aux réseaux de communication et aux data centers du cloud. Nous nous focalisons sur ces derniers à cause de leur grande consommation d’énergie et du rôle vital qu’ils jouent dans un monde connecté en pleine expansion, les positionnant, ainsi, comme des éléments importants dans un système smart grid - cloud. De ce fait, les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre d’un seul framework intégrant le smart grid, le microgrid, le cloud, les data centers et les utilisateurs. Nous avons, en effet, étudié l’interaction entre les data centers du cloud et le fournisseur d’énergie du smart grid et nous avons proposé des solutions d’allocation d’énergie et de minimisation du coût d’énergie en utilisant deux architectures : (1) une architecture smart grid-cloud et (2) une architecture microgrid-cloud. Par ailleurs, nous avons porté une attention particulière à l’exécution des requêtes des utilisateurs tout en leur garantissant un niveau de qualité de service satisfaisant dans une architecture fog -cloud. En comparaison avec les travaux de l’état de l’art, les résultats de nos contributions ont montré qu’ils répondent aux enjeux identifiés, notamment en réduisant les émissions de gaz à effet de serre et le coût d’énergie des data centers
This thesis considers the energy efficiency of information and communication infrastructures in a smart grid - cloud system. It especially deals with communication networks and cloud data centers due to their high energy consumption, which confers them an important role in the network. The contributions of this thesis are implemented on the same framework integrating the smart grid, microgrid, cloud, data centers and users. Indeed, we have studied the interaction between the cloud data centers and the smart grid provider and we have proposed energy efficient power allocation solutions and an energy cost minimization scheme using two architectures: a smart grid-cloud architecture and a microgrid-cloud architecture. In addition, we paid close attention to execute user requests while ensuring a good quality of service in a fog-cloud architecture. In comparison with state-of-the-art works, the results of our contributions have shown that they respond to the identified challenges, particularly in terms of reducing carbon emissions and energy costs of cloud data centers

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Tran, Thanh Kha. "Power Line Communication (PLC) for DC Microgrid systems." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSE1035.

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Abstract:

L'utilisation de fils électriques pour fournir des capacités de transmission de données, connues sous le nom de Courant Porteur en Ligne (CPL), a beaucoup évolué au cours des dernières années afin de pouvoir répondre à des besoins croissants de transfert de données l’impliquant la communauté scientifique, la recherche industrielle, ainsi que des organismes de réglementation et de normalisation. Les réseaux CPL offrent un certain nombre d’avantages qui en font un complément utile et un concurrent fort pour les solutions de réseau sans fil. Le principal intérêt des réseaux CPL réside sur le coût marginal de déploiement lorsqu'une infrastructure électrique câblée est déjà en place. Les réseaux CPL permettent la communication à des débits de données élevés à travers des obstacles qui dégradent généralement les signaux sans fil. Et constitue donc constitue une alternative peu coûteuse pour compléter les technologies existantes en vue d'une couverture complété d’un bâtiment ou d’un quartier. La plupart des solutions CPL étaient utilisées sur le réseau à courant alternatif (CA), mais avec l’arrivée des énergies renouvelables de nouvelles perspectives s’ouvrent avec les réseaux à courant continu (CC). Cette thèse propose une solution CPL simple et innovante pour une structure maillée micro-réseau pour la distribution et la consommation d'énergie à CC. Cette contribution fait partie du projet Composant Commande Communication des micro-grids DC (C3μ) financé par l’ANR (2016 – 2020). Ce projet propose de remplacer la distribution « classique » d’une architecture (CA) par une architecture de micro-réseau intelligent à CC permettant l’intégration de diverses sources (EnR, batterie, …) pour la distribution d’électricité dans les bâtiments. Cette thèse propose une architecture de Courant Porteur en Ligne pour les micro-réseaux à CC basée sur un nouveau modem physique sur courant porteur sur le bus CC et CAN (une norme ouverte issue de l’industrie automobile). Afin de valider l’architecture, un véritable banc de test pour micro-réseaux à CC avec PV, LED et la batterie a été mis en œuvre pour servir d’outil de test pour la communication. Les tests de transmission de données entre les nœuds de CPL ont permis d’évaluer les performances de notre pile de protocolaire par rapport aux exigences des applications de micro-réseaux CC. Les principaux résultats concernant l'applicabilité de ce concept et ses limites sont également été présentés
The use of electrical wires to provide data transmission capabilities, known as Power Line Communication (PLC), has recently attracted considerable attention from the research community and industry, as well as from regulatory and standardization bodies. PLC networks boast several outstanding features that make them both a useful complement and a strong competitor for wireless networking solutions. The most obvious appeal of PLC networks is their low deployment cost when a wired electrical infrastructure is already in place. Besides, PLC networks allow communication through obstacles that commonly degrade wireless signals and deliver high data-rates simultaneously. PLC also provides a low-cost alternative that complements existing technologies with the aim of ubiquitous coverage. However, most PLC solutions are used on the AC grid. Until now, there are only a few studies on PLC for the DC grid, especially the DC microgrid. This thesis focuses on proposing an innovative and straightforward PLC solution for applications in DC energy distribution systems. This subject refers to a part of the C3μ project funded by the National Research Agency of France (ANR). This C3μ project investigates the possibility of using a DC smart microgrid architecture for distributing electricity in buildings instead of an AC one.This thesis has proposed a powerline communication solution for DC microgrid based on a new powerline physical modem on DC bus and CANopen (an open standard coming from the automotive industry). Moreover, a real DC microgrid testbed with PV, LED, and the battery has been implemented as a research tool for communication. The practical data transmission tests between PLC nodes have been carried out to evaluate the performance of our solution against the requirements set by the DC microgrid applications. The main results concerning the applicability of this concept and its limitations have also been presented

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Mhanna, Maggie. "Privacy-Preserving Quantization Learning for Distributed Detection with Applications to Smart Meters." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS047/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur quelques problèmes de codage de source dans lesquels on souhaite préserver la confidentialité vis à vis d’une écoute du canal. Dans la première partie, nous fournissons des nouveaux résultats fondamentaux sur le codage de source pour la détection (utilisateur légitime) et la confidentialité (vis à vis d’une écoute du canal) en présence d'informations secondaires aux terminaux de réception. Nous proposons plusieurs nouveaux résultats d'optimisation de la région de débit-erreur-équivocation réalisable, et proposons des algorithmes pratiques pour obtenir des solutions aussi proches que possible de l'optimal, ce qui nécessite la conception de quantificateurs en présence d'un eavesdropper. Dans la deuxième partie, nous étudions le problème de l'estimation sécurisée dans un cadre d'utilité-confidentialité où l'utilisateur recherche soit à extraire les aspects pertinents de données complexes ou bien à les cacher vis à vis d'un eavesdropper potentiel. L'objectif est principalement axé sur l'élaboration d'un cadre général qui combine la théorie de l'information et la théorie de la communication, visant à fournir un nouvel outil pour la confidentialité dans les Smart Grids. D'un point de vue théorique, cette recherche a permis de quantifier les limites fondamentales et donc le compromis entre sécurité et performance (estimation / détection)
This thesis investigates source coding problems in which some secrecy should be ensured with respect to eavesdroppers. In the first part, we provide some new fundamental results on both detection and secrecy oriented source coding in the presence of side information at the receiving terminals. We provide several new results of optimality and single-letter characterization of the achievable rate-error-equivocation region, and propose practical algorithms to obtain solutions that are as close as possible to the optimal, which requires the design of optimal quantization in the presence of an eavesdropper In the second part, we study the problem of secure estimation in a utility-privacy framework where the user is either looking to extract relevant aspects of complex data or hide them from a potential eavesdropper. The objective is mainly centered on the development of a general framework that combines information theory with communication theory, aiming to provide a novel and powerful tool for security in Smart Grids. From a theoretical perspective, this research was able to quantify fundamental limits and thus the tradeoff between security and performance (estimation/detection)

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Dissertations / Theses on the topic 'Réseaux électriques intelligents – Tarifs'

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