Tesi sul tema "Optimisation de la production hydro-électrique"

Le problème de gestion de production hydro-électrique (HUC) est un problème difficile, qui joue un rôle important dans la gestion de production électrique journalière à EDF. Dans cette thèse, nous étudions différents modèles et algorithmes pour résoudre un cas particulier du problème HUC à une usine (1-HUC). Etudier ce cas particulier présente plusieurs intérêts. D'une part, il existe des instances réelles à une usine mal résolues par les approches actuelles. D'autre part, cela nous permet d'étudier plus spécifiquement deux sources de difficultés séparément. L'une provient de la présence de non-linéarités, notamment la puissance qui est une fonction non-convexe et non-concave du débit d'eau et du volume des réservoirs. L'autre est due à l'ensemble des contraintes hydrauliques, notamment des volumes minimaux et maximaux ainsi que des volumes cibles des réservoirs.Dans une première partie, différentes alternatives de modélisation des non-linéarités du 1-HUC, plus particulièrement sur la puissance, sont proposées. L'objectif est d'identifier un modèle pouvant être résolu efficacement avec un bon compromis entre temps de calcul et précision. Les sept alternatives proposées couvrent un large spectre de familles de modélisation. Elles sont comparées sur un jeu d'instances présentant des variations sur cinq caractéristiques qui impactent la résolution. Cette étude comparative permet d'identifier trois types de modèles pertinents: un modèle avec des fonctions polynomiales de degré 2, un modèle avec une fonction linéaire par morceaux, et un modèle utilisant un ensemble fini de débits. Ce dernier modèle étant similaire à la modélisation actuelle à EDF, nous proposons dans la suite des algorithmes dédiés à celui-ci.Dans une deuxième partie, une étude polyédrale est proposée pour améliorer la résolution du problème 1-HUC. L'idée est de focaliser sur le coeur combinatoire, ce qui revient à considérer le lien entre les contraintes sur les volumes et l'ensemble discret des débits. Pour celà, nous définissons une variante du problème du sac-à-dos avec chaines de précédence et poids symétriques (SCPKP). Pour le SCPKP, nous définissons des conditions nécessaires de facettes, qui sont aussi prouvées suffisantes dans certains cas. Un algorithme de branch-and-cut en deux phases s'appuyant sur ces conditions et sur l'aspect symétrique du SCPKP est mis au point. L'efficacité de cet algorithme est ensuite montrée numériquement face à des algorithmes de l'état de l'art. Les résultats de cette analyse polyédrale du SCPKP, ainsi que l'algorithme de résolution proposé sont ensuite étendus au problème 1-HUC.Dans une troisième partie, une technique de résolution efficace est proposée pour prendre en compte les contraintes hydrauliques en s'appuyant sur la représentation du problème 1-HUC par un graphe. Cela permet de se ramener à un cas particulier du problème de plus court chemin avec fenêtres de ressource (RWSPP). Nous proposons deux algorithmes de graphes. Le premier algorithme est une variante exacte de l'algorithme A*, utilisant une borne duale dédiée au problème 1-HUC. En comparaison avec deux approches de l'état de l'art, nous montrons numériquement que cet algorithme est plus efficace pour traîter un cas spécifique du 1-HUC. L'objectif du second algorithme est de prendre en compte davantage de contraintes hydrauliques. Le principe s'appuie sur le concept d'optimisation bi-objectif pour lequel le second objectif correspond à une relaxation du volume d'eau. L'avantage par rapport à une optimisation bi-objectif classique est qu'il est possible d'utiliser les volumes minimaux et maximaux pour réduire l'espace de recherche et diriger l'énumération de solutions. Nous montrons numériquement, sur un grand jeu d'instances réelles, que cet algorithme est plus performant que trois approches de l'état de l'art. Même si cet algorithme a été conçu pour résoudre le 1-HUC, nous le définissons de manière générique pour tout RWSPP avec une ressource
The Hydro Unit Commitment problem (HUC) is a difficult problem playing a major role in the scheduling of daily electricity production at EDF. In this thesis, we study different models and algorithms to solve the special case of the single-unit HUC problem (1-HUC). Studying this case is relevant for the following reasons. On the one hand, there are real world instances of the 1-HUC problem which cannot be solved efficiently by current approaches. On the other hand, it makes it possible to study individually two particular sources of difficulty. One stems from the presence of non-linearities, in particular the power which is a non-convex non-concave function of the flow and the reservoirs' volume. The other is due to the set of hydraulic constraints, specifically the volume minimum and maximum bounds, as well as target volumes for the reservoirs.In a first part, modeling alternatives for the non-linear 1-HUC, focusing on the power function, are proposed. The aim is to identify a model which can be solved efficiently, with a good trade-off between computational time and precision. The seven proposed modeling alternatives cover a large panel of modeling families. These models are compared on a set of instances with variations on five features that impact the solution. This comparative study enables us to identify three efficient types of model: a model with polynomial functions of degree 2, a model with a piecewise linear function, and a model using a finite set of flows. As the latter model is similar to the current model at EDF, in the following we present algorithms dedicated to it.In the second part, a polyhedral study is proposed to improve the solving approach of the 1-HUC problem. The idea is to focus on the combinatorial aspects, which means considering the relationship between the bounds on volumes and the discrete set of flows. For this purpose, we introduce a variant of the knapsack problem, with Symmetric weight and Chain Precedences (SCPKP). For the SCPKP, we characterize necessary facet-defining conditions, which are also proven to be sufficient in some cases. A two-phase branch-and-cut algorithm based on these conditions and on the symmetric aspect of the SCPKP is devised. The efficiency of this algorithm is then shown experimentally against state-of-the-art algorithms. The results of this polyhedral study of the SCPKP, as well as the proposed algorithms, are then extended to the 1-HUC problem.In the third part, an efficient solving technique based on a graph representation of the 1-HUC problem is proposed, taking into account of the hydraulic constraints. It appears that the 1-HUC problem is a special case of the Shortest Path Problem with Resource Windows (RWSPP). We propose two graph algorithms. The first one is an exact variant of the A* algorithm, using a dual bound dedicated to the 1-HUC problem. In comparison with two state-of-the-art approaches, we show numerically that this algorithm is more efficient for handling a specific case of 1-HUC. The aim of the second algorithm is to take into account a wider set of hydraulic constraints. The idea is based on the concept of bi-objective optimization, for which the second objective corresponds to a relaxation of the volume. The advantage compared to a classical bi-objective optimization is that it is possible to use the minimum and maximum bounds on the volume to reduce the search space and to guide the enumeration of solutions. We show numerically, on a large set of real instances, that this algorithm outperforms three state-of-the-art approaches. Although this algorithm was designed to solve the 1-HUC problem, it is defined in a generic way for any RWSPP with a single resource

L'énergie éolienne jouant un rôle de plus en plus important dans le réseau électrique, elle ne peut plus être considérée comme une source d'énergie marginale. Par conséquent, l'impact sur le réseau de l'intermittence, inhérente à ce type d'énergie devient non négligeable. L'utilisation du stockage est une des principales solutions à ce problème d'intégration. Ce travail porte sur l'optimisation du système éolien/stockage en considérant la dynamique de l'éolien, la capacité de stockage et l'interaction avec le réseau. L'objectif consiste à répondre aux exigences du réseau en limitant les fluctuations, à fournir des services-systèmes tout en mettant en avant la rentabilité économique du système. La méthode de gestion proposée s'appuie sur deux niveaux de pilotage : l'anticipation et la gestion réactive. La première phase consiste à utiliser des informations de prévisions (météorologiques, contraintes du réseau, conditions du marché électrique...) afin de définir par avance le programme de fonctionnement optimal du système de stockage. La deuxième phase étudie le fonctionnement en temps réel, où le système doit faire face aux perturbations et respecter les règles du mécanisme d'ajustement. Le problème est complexe avec de nombreuses variables de contrôle discrètes et continues. La Programmation Mixte Linéaire (PML) est utilisée pour résoudre efficacement le problème. La stratégie de fonctionnement optimale proposée sera validée sur un simulateur hors temps réel et un simulateur en temps réel.

Dans un marché électrique concurrentiel, EDF a adapté ses outils de gestion de production pour permettre une gestion optimale de son portefeuille, particulièrement sur les horizons journaliers et infra-journaliers, derniers leviers pour une gestion optimisée de la production. Et plus l'horizon d'optimisation s'approche du temps réel, plus les décisions prises aux instants précédents deviennent structurantes voire limitantes en terme d'actions. Ces décisions sont aujourd'hui prises sans tenir compte du caractère aléatoire de certaines entrées du modèle. En effet, pour les décisions à court-terme, la finesse et la complexité des modèles déjà dans le cas déterministe ont souvent été un frein à des travaux sur des modèles tenant compte de l'incertitude. Pour se prémunir face à ces aléas, des techniques d'optimisation en contexte incertain ont fait l'objet des travaux de cette thèse. Nous avons ainsi proposé un modèle robuste de placement de la production tenant compte des incertitudes sur la demande en puissance. Nous avons construit pour cette fin un ensemble d'incertitude permettant une description fine de l'aléa sur les prévisions de demande en puissance. Le choix d'indicateurs fonctionnels et statistiques a permis d'écrire cet ensemble comme un polyèdre d'incertitude. L'approche robuste prend en compte la notion de coût d'ajustement face à l'aléa. Le modèle a pour objectif de minimiser les coûts de production et les pires coûts induits par l'incertitude. Ces coûts d'ajustement peuvent décrire différents contextes opérationnels. Une application du modèle robuste à deux contextes métier est menée avec un calcul du coût d'ajustement approprié à chaque contexte. Enfin, le présent travail de recherche se situe, à notre connaissance, comme l'un des premiers dans le domaine de la gestion optimisée de la production électrique à court terme avec prise en compte de l'incertitude. Les résultats sont par ailleurs susceptibles d'ouvrir la voie vers de nouvelles approches du problème.

L’hydroperoxyde lyase du poivron vert exprimée par la levure Y. Lipolytica permet la transformation des acides gras poly-insaturés en aldéhydes et alcools, famille d’arômes à « notes vertes ». Cette enzyme a été purifiée puis caractérisée : elle génère un radical alkyl ou alkoxyl qui semble se lier à l’enzyme pendant la catalyse et qui altère le site actif de l’enzyme, la rendant inactive. L’activité de l’enzyme augmente significativement (42%) à potentiel d’oxydo-réduction bas en présence de dithiotréitol. La structure secondaire de l’enzyme a été déterminée ; elle est composée de 13% d’hélices α et 29% de feuillets β et la perte d’hélices α conduit à une perte de l’activité enzymatique. Un plan d’expérience factoriel a permis de déterminer les facteurs influant sur la production d’hexanal : hydroperoxydes d’acides gras (100 mM) et dithiotréitol (100 mM)
The green bell pepper Hydroperoxide lyase enzyme expressed by the yeast Yarrowia lipolytica allows the hydroperoxide fatty acids transformation to aldehydes and alcohols. In this word, the purification and characterization of enzyme were realized: the participation of radicals during the catalysis of hydroperoxide lyase was founded and it has been observed that the radical species might be an alkyl or alkoxyl radical linked to the enzyme, which affected the active site of the enzyme losing his activity. The enzymatic activity enhanced significantly (42%) at low oxido-reduction potential. The secondary structure of enzyme is composed by 13% α-helix and 29% β-sheet. Moreover the loss of α-helix decreased the activity enzymatic. A factorial plan was applied to determine the factors influent on the production of hexanal: fatty acids hydroperoxides (100 mM) and dithiothreitol (100 mM)

La présente étude concerne l'étude d'optimisation thermique d'une machine électrique. Un modèle nodal est utilisé pour la simulation du champ de température. Ce modèle résout l'équation de la chaleur en trois dimensions, en coordonnées cylindriques et en régime transitoire ou permanent. On prend en compte les deux mécanismes de transport les plus importants : La conduction et la convection. L'évaluation de ce modèle est effectuée par l'intermédiaire de 13 valeurs de débits de référence. C'est en faisant varier ces variables qu'on évalue la performance du refroidissement dans la machine. Avant de partir sur l'étude d'optimisation de cettegéométrie, on a lancé une étude d'optimisation d'un cas plus simple afin de mieux comprendre les différents outils d'optimisation disponibles. L'expérience acquise avec les cas simples est utilisée dans l'optimisation thermique de la machine. La machine est thermiquement évaluée sur la combinaison de deux critères : la température maximale et la température moyenne. Des contraintes ont été additionnées afin d'obtenir des résultats physiquement acceptables. Le problème est résolu à l'aide des méthodes de gradient (Active-set et Point-Intérieur) et des Algorithmes Génétiques.

La présente étude concerne l’étude d’optimisation thermique d’une machine électrique. Un modèle nodal est utilisé pour la simulation du champ de température. Ce modèle résout l’équation de la chaleur en trois dimensions, en coordonnées cylindriques et en régime transitoire ou permanent. On prend en compte les deux mécanismes de transport les plus importants : La conduction et la convection. L’évaluation de ce modèle est effectuée par l’intermédiaire de 13 valeurs de débits de référence. C’est en faisant varier ces variables qu’on évalue la performance du refroidissement dans la machine. Avant de partir sur l’étude d’optimisation de cettegéométrie, on a lancé une étude d’optimisation d’un cas plus simple afin de mieux comprendre les différents outils d’optimisation disponibles. L’expérience acquise avec les cas simples est utilisée dans l’optimisation thermique de la machine. La machine est thermiquement évaluée sur la combinaison de deux critères : la température maximale et la température moyenne. Des contraintes ont été additionnées afin d’obtenir des résultats physiquement acceptables. Le problème est résolu à l’aide des méthodes de gradient (Active-set et Point-Intérieur) et des Algorithmes Génétiques
This work relates the thermal optimization of an electrical machine. The lumped method is used to simulate the temperature field. This model solves the heat equation in three dimensions, in cylindrical coordinates and in transient or steady state. We consider two transport mechanisms: conduction and convection. The evaluation of this model is performed by means of 13 design variables that correspond to the main flow rates of the equipment. We analyse the machine cooling performance by varying these 13 flow rates. Before starting the study of such a complicated geometry, we picked a simpler case in order to better understand the variety of the available optimization tools. The experience obtained in the simpler case is applyed in the resolution of the thermal optimization problem of the electrical machine. This machine is evaluated from the thermal point of view by combining two criteria : the maximum and the mean temperature. Constraints are used to keep the problem consistent. We solved the problem using the gradient based methods (Active-set and Interior-Point) and the Genetic Algorithms

L'objectif de cette thèse est la gestion et le dimensionnement optimaux d'un Système de Stockage d'Énergie (SSE) couplé à une production d'électricité issue d'Énergies Renouvelables Intermittentes (EnRI). Dans un premier temps, un modèle technico-économique du système SSE-EnRI est développé, associé à trois scénarios types d'injection de puissance au réseau électrique : lissage horaire basé sur la prévision J-1 (S1), puissance garantie (S2) et combiné (S3). Ce modèle est traduit sous la forme d'un programme d'optimisation non linéaire de grande taille. Dans un deuxième temps, les stratégies heuristiques élaborées conduisent à une gestion optimisée - selon les critères de fiabilité, de productivité, d'efficacité et de profitabilité du système - de la production d'énergie avec stockage, appelée “charge adaptative” (CA). Comparée à un modèle linéaire mixte en nombres entiers (MILP), cette gestion optimisée, applicable en conditions opérationnelles, conduit rapidement à des résultats proches de l'optimum. Enfin, la charge adaptative est utilisée dans le dimensionnement optimisé du SSE - pour chacune des trois sources : éolien, houle, solaire (PV). La capacité minimale permettant de respecter le scénario avec un taux de défaillance et des tarifs de revente de l'énergie viables ainsi que les énergies conformes, perdues, manquantes correspondantes sont déterminées. Une analyse de sensibilité est menée montrant l'importance des rendements, de la qualité de prévision ainsi que la forte influence de l'hybridation des sources sur le dimensionnement technico-économique du SSE
This thesis aims at presenting an optimal management and sizing of an Energy Storage System (ESS) paired up with Intermittent Renewable Energy Sources (IReN). Firstly, wedeveloped a technico-economic model of the system which is associated with three typical scenarios of utility grid power supply: hourly smoothing based on a one-day-ahead forecast (S1), guaranteed power supply (S2) and combined scenarios (S3). This model takes the form of a large-scale non-linear optimization program. Secondly, four heuristic strategies are assessed and lead to an optimized management of the power output with storage according to the reliability, productivity, efficiency and profitability criteria. This ESS optimized management is called “Adaptive Storage Operation” (ASO). When compared to a mixed integer linear program (MILP), this optimized operation that is practicable under operational conditions gives rapidly near-optimal results. Finally, we use the ASO in ESS optimal sizing for each renewable energy: wind, wave and solar (PV). We determine the minimal sizing that complies with each scenario, by inferring the failure rate, the viable feed-in tariff of the energy, and the corresponding compliant, lost or missing energies. We also perform sensitivity analysis which highlights the importance of the ESS efficiency and of the forecasting accuracy and the strong influence of the hybridization of renewables on ESS technico-economic sizing

This thesis deals with application of optimisation methods based on linear and mixed-integer linear programming to various problems in the power sector related to electricity production. The thesis goal is to test the applicability of such methods to formulating and solving various instances from the class of real-world electricity production problems, and to find the advantages and disadvantages associated with using these methods. Introductory chapters describe the main characteristics of power markets, including the historical and regulatory context. Fundamental properties of power markets on both demand and supply side are also described, both from a real-world and a modelling point of view. Benefits of optimisation and modelling are discussed, in particular the solution feasibility and optimality as well as insights gained from sensitivity analysis which is often difficult to replicate with the original system. In the core of the thesis, optimisation techniques are applied to three case studies, each of which deals with a specific problem arising during electricity production. In the first problem, the profit of gas-fired power plant in Slovakia from selling power on the day-ahead market is maximised. The model is set up using both technical and commercial constraints. The second problem deals with the problem of representing a two-dimensional production function which primarily arises for a hydro generator with large variations in the level of its reservoir. Several representations of the original function using piecewise linear subsets are presented, compared, and characterised by their computational intensity both theoretically and practically. In the third problem, the prices on the German day-ahead market in 2011 are modelled. Contrary to the previous two models, the model does not capture an optimisation problem faced by a single producer, but incorporates a large subset of the whole market instead. Consequently the model is formed out of generic constraints relevant to all power plants whose parameters are estimated. By combining information about the aggregate availability of power plants with the estimated efficiencies a full supply curve for each day is created. Different scenarios are analysed to test the impact of uncertain inputs such as unknown or estimated constraints. The choice of the investigated problems stems from the attempt to cover electricity production problems from the point of view of multiple criteria. The three investigated electricity production problems span a broad range from the decisions of a single power plant to the modelling a power market as a whole. Formulations of the production function with different level of detail are presented ranging from a simple linear relationship to several bivariate function formulations. While each problem answers a specific question, they all illustrate the ease with which various electricity production problems can solved using optimisation methods based on linear and mixed-integer linear programming. This is mainly due to the ability of these methods to approximate even non-linear functions and constraints over non-convex domains and find global solutions in reasonable time. Moreover, models formulated with these methods allow sensitivity and scenario analyses to be carried out easily as is illustrated in each of the case studies.

Nous étudions dans cette thèse le problème de gestion du risque physique en production électrique à l'horizon hebdomadaire. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'intégration de l'aléa d'apport hydraulique dans la gestion locale d'une vallée hydraulique. Cette approche est menée à l'aide de l'optimisation robuste et de règles de décision linéaires. Les résultats de multiples modes de simulation montrent que ces approches permettent de réduire notoirement les déversés en comparaison des modèles déterministes appliqués en exploitation, moyennant une faible augmentation du coût. La deuxième problématique traitée est la gestion active de la marge de production, définie comme l'écart entre l'offre totale et la demande totale, compte tenu des aléas affectant le système électrique. Il s'agit de déterminer quelles décisions optimales prendre, selon un certain critère économique, pour se couvrir contre un risque trop élevé de non-satisfaction de la demande dans au moins 99% des situations. Pour cela, une formulation inédite en boucle ouverte, basée sur le processus stochastique de marge de production et des contraintes en probabilité est proposée. Pour les besoins de cette formulation, nous générons des scénarios à l'aide de techniques plus réalistes qu'en exploitation. Enfin, une résolution moins anticipative est étudiée en appliquant l'heuristique «Programmation Stochastique avec Règles de Décision Constantes par Morceaux» introduite par Thénié et Vial. Les premiers résultats sont très encourageants en comparaison avec les modèles en boucle ouverte.

Cette thèse est consacrée à la supervision des systèmes de production d’énergie électrique hybrides composés de différents types de sources incluant des sources renouvelables ainsi que des éléments de stockage (batterie). Le chapitre I est consacré à l’état de l’art de la supervision de ce type de systèmes hybrides. Au cours de ce chapitre nous avons défini le contexte et le cadre de notre étude et nous avons présenté les avantages et les inconvénients des stratégies actuellement utilisées. Ensuite, nous avons présenté notre vision de la supervision des systèmes multisources intégrant des ressources renouvelables. Au cours du chapitre II nous avons spécifié le système hybride et les modèles de ses composants afin de les intégrer dans une structure de supervision. La chapitre III concerne le développement du superviseur que nous proposons à base de commande prédictive. L’objectif est de déterminer la meilleure répartition, au sens d’un critère que nous avons proposé, des puissances à fournir par les sources pour répondre à une demande de la charge. La fonction définie pour l’optimisation, correspond au coût de production ; elle prend en compte non seulement le suivi des consignes mais aussi des critères technico-économiques (coût de l’énergie, émissions polluantes, cyclage de l’élément de stockage …etc). Ce superviseur s’appuie sur des modèles dynamiques des sources et des éléments de stockage ainsi que sur les prédictions à court terme de la ressource photovoltaïque. Le critère est minimisé pour chaque nouvelle fenêtre de prédiction afin d’envoyer les consignes à chaque composant du système hybride. Les résultats expérimentaux montrent la validité du superviseur proposé et de l’algorithme associé. Le chapitre IV vise à montrer la généricité du superviseur à base de commande prédictive proposé. En effet, une éolienne contrôlée en zone d’optimisation a été ajoutée au système hybride. Ensuite, l’éolienne est contrôlée en mode dégradé dans le but de réduire l’impact des variations de la vitesse du vent sur le suivi de la consigne de puissance. La fonction coût a été modifiée pour répondre à ces nouvelles exigences. Enfin, nous avons explicité les bénéfices potentiels d’un horizon de prédiction variable. La variation de l’horizon de prédiction est effectuée en fonction de la pertinence des prévisions des ressources d’origine renouvelable. Les essais sur une plate-forme expérimentale, combinant des composants réels et des modèles simulés en temps réel (Model-in-the-loop) montrent la validité de tous les concepts développés
This thesis is devoted to the supervision of the hybrid power generation system composed of various types of sources including renewable sources and electrochemical storage elements. Chapter I is devoted to the state of the art of supervision of such hybrid systems. In this chapter, the context and the scope of our study are defined and the advantages-disadvantages of each such strategy are presented. Our vision for the supervision of a multi-sources system that integrates sources of renewable resources is presented thereafter. In Chapter II we specify the hybrid system and the models of each component in order to integrate them into a supervision structure. Chapter III deals with the design of a supervisory predictive controller which optimizes the power flow of a renewable hybrid system (solar panels, micro-turbine and battery). Short time predictions of the solar power and the power reference are embedded in the supervisor. The performance index integrates the environmental impact, the cost of fuel, battery cycling and the energy delivery. Simulations and a real-time application of a model-in-the-Loop plant are carried out to illustrate the applicability and electiveness of the proposed supervisory predictive control design. Chapter IV aims to show the generic properties of the proposed supervisory system. In fact, a wind turbine has been added to the hybrid system and the cost function has been modified. The real-time simulations show the effectiveness of the proposed power management system. Then, the turbine is controlled in degraded mode in order to reduce the impact of wind speed fluctuation with respect to the power reference. The cost function has been modified to meet these new requirements. Finally, the potential benefits of considering a dynamic prediction horizon are explained. The variation of the prediction horizon is performed according to the relevance of the predictions of renewable resources. Tested on an experimental platform combining real components and real-time simulation models (Model-in-the-loop), the results show the validity of all the developed concepts

L’épuisement rapide des sources d’énergie conventionnelles, l’augmentation de la demande énergétique mondiale et la lutte contre les émissions polluantes durant ces dernières années ont renouvelé l’intérêt du développement des sources d’énergie renouvelables. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail est de contribuer à la recherche de solutions pour la problématique de dimensionnement des Systèmes Électriques Hybrides de Production Décentralisée d’Électricité (SEHPRE) alliant des sources renouvelables et conventionnelles pour les sites isolés où le prix d’extension du réseau électrique est prohibitif. Notre démarche a consisté à formuler le problème de dimensionnement des SEHPRE en un problème d'optimisation non linéaire sous contraintes dont la principale fonction objectif est le coût total du SEHPRE sur une période 20 ans. Après une étude bibliographique de la littérature scientifique, des modèles énergétiques des différents éléments constituant un SEHPRE sont élaborés en se basant sur les données météorologiques disponibles. Le code OPTISEH dédié à l’optimisation du dimensionnement des SEHPRE a été ensuite développé et implémenté sous MATLAB®. Ce code a été éprouvé dans le cadre de dimensionnement de plusieurs structures des SEHPRE pour satisfaire le profil de consommation d'une unité résidentielle de petite puissance sur un site de la région de la ville du Havre. Enfin et pour chacune des structures optimales de SEHPRE obtenues, une analyse détaillée liant ces solutions aux ressources énergétiques du site et au profil de consommation a été effectuée et leur pertinence discutée
The rapid depletion of conventional energy sources , increasing global demand for energy and the fight against emissions in recent years have renewed interest in the development of renewable energy sources. In this context, the objective of this work is to contribute to finding solutions to the problem of Sizing Electric Hybrid Systems Dispersed Generation of Electricity (SEHPRE) by combining renewable and conventional sources for remote sites where the price of the extension is prohibitive. Our approach has been to formulate the problem of sizing SEHPRE in a nonlinear constrained optimization problem whose main objective function is the total cost of SEHPRE over 20 years. After a review, based on a scientific literature, the energy models of various elements constituting a SEHPRE are developed based on available meteorological data. The program OPTISEH dedicated to the sizing optimization of SEHPRE was then developed and implemented in MATLAB®. This code has been tested under the design of several structures SEHPRE to satisfy the consumption profile of a residential unit on a small power site in the region of Le Havre. Finally and for each optimal structures SEHPRE obtained a detailed analysis linking these solutions to the site and energy resources consumption profile was performed and discussed their relevance

Au cœur de cette thèse réside l'application des méthodes d'optimisation et d'études empiriques pour traiter des questions de développement durable dans le secteur de l'électricité du Vietnam pour les 30 prochaines années. J'examine les moyens des options énergétiques durables pour le secteur. La thèse s'organise en deux parties. (i) Dans la première partie, en utilisant une analyse comparative et une analyse de la vulnérabilité qui est basée sur la simulation de planification intégrée des ressources (IRP), j'analyse les vulnérabilités auxquelles le développement du secteur devra faire face, en termes de dimensions économiques et socio-environnementales. J'ai en outre développé le modèle IRP, représentant les coûts marginaux de réduction des émissions de carbone de manière réaliste en tenant compte des valeurs non nulles de carbone et de limitation des émissions de carbone , afin de simuler des options d'approvisionnement énergétique soutenables pour le secteur de l'énergie. (H) Dans la deuxième partie, j'étude les principaux obstacles contre une adoption plus large des énergies soutenables à l'aide d'enquêtes formelles parmi les experts nationaux. Ensuite, j'utilise une approche d'analyse empirique pour examiner les différents outils politiques appropriés, y compris des instruments d'incitation / régimes et la réforme du secteur pour une telle durabilité du secteur de l'énergie. Pour la fin, j'analyse l'accès aux sources de financement possibles pour le développement durable dans le secteur de l'électricité du Vietnam
The kernel of this dissertation aims to exploit by optimisation methods and empirical studies the issues of sustainable development in the Vietnamese power sector for the next thirty years. It then examines the ways to implement sustainable energy options for the power sector in practice. There are two parts: (i) In the fust part, using a comparative analysis and a vulnerability analysis that is based on the Integrated Resource Planning (IRP) simulation, I analyze energy-development-related vulnerabilities that the sector could face, in terms of economic and socio-environmental dimensions. I further develop the IRP model, in such a way representing realistically marginal abatement costs of carbon reduction by considering non-zero carbon values and carbon emission constraints, in order to simulate sustainable energy supply options for the power sector. (ii) In the second part, I study the major barriers against the wider adoption of sustainable energy development options in practice by using analytical hierarchy process-based formaI surveys among national experts. Then, I use an empirical analysis approach to examine different appropriate policy means including incentive instruments/schemes and sector reform for such sustainability of the power sector. To the end, I analyze the access to feasible financing sources for sustainable development in the Vietnamese power sector

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude du dimensionnement d'une chaine de conversion électrique en entrainement direct d'un système direct de récupération de l'énergie des vagues (searev). Cette chaine de conversion est composée d'une génératrice synchrone à aimants permanents solidaire d'un volant pendulaire, d'un convertisseur électronique composé de deux ponts triphasés à modulation de largeur d'impulsion, l'un contrôlant la génératrice, l'autre permettant d'injecter l'énergie électrique au réseau. En complément, un système de stockage de l'énergie (batterie de supercondensateurs) est destiné au lissage de la puissance produite. Le dimensionnement de tous ces éléments constitutifs nécessite une approche d'optimisation sur cycle, dans un contexte de fort couplage multi-physique notamment entre les parties hydrodynamique et électromécanique. Dans un premier temps, l'ensemble génératrice-convertisseur, dont le rôle est d'amortir le mouvement d'un volant pendulaire interne, est optimisé en vue de minimiser le coût de production de l'énergie (coût du kWh sur la durée d'usage). Cette optimisation sur cycle est réalisée en couplage fort avec le système houlogénérateur grâce à la prise en compte conjointe de variables d'optimisation relatives à l'ensemble convertisseur-machine mais aussi à la loi d'amortissement du volant pendulaire. L'intégration d'une stratégie de défluxage, intéressante pour assurer un fonctionnement en écrêtage de la puissance, permet, dès l'étape de dimensionnement, de traiter l'interaction convertisseur-machine. Dans un second temps, la capacité énergétique du système de stockage de l'énergie fait l'objet d'une optimisation en vue de la minimisation de son coût économique sur cycle de vie. Pour ce faire, nous définissons des critères de qualité de l'énergie injectée au réseau, dont un lié au flicker, et nous comparons des stratégies de gestion de l'état de charge tout en tenant compte du vieillissement en cyclage des supercondensateurs dû à la tension et à leur température. Dans un troisième temps, à partir de données d'états de mer sur une année entière, nous proposons des dimensionnements de chaines de conversion électrique qui présentent les meilleurs compromis en termes d'énergie totale récupérée et de coût d'investissement.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'étude du dimensionnement d'une chaine de conversion électrique en entrainement direct d'un système direct de récupération de l'énergie des vagues (searev). Cette chaine de conversion est composée d'une génératrice synchrone à aimants permanents solidaire d'un volant pendulaire, d'un convertisseur électronique composé de deux ponts triphasés à modulation de largeur d'impulsion, l'un contrôlant la génératrice, l'autre permettant d'injecter l'énergie électrique au réseau. En complément, un système de stockage de l'énergie (batterie de supercondensateurs) est destiné au lissage de la puissance produite. Le dimensionnement de tous ces éléments constitutifs nécessite une approche d'optimisation sur cycle, dans un contexte de fort couplage multi-physique notamment entre les parties hydrodynamique et électromécanique. Dans un premier temps, l'ensemble génératrice-convertisseur, dont le rôle est d'amortir le mouvement d'un volant pendulaire interne, est optimisé en vue de minimiser le coût de production de l'énergie (coût du kWh sur la durée d'usage). Cette optimisation sur cycle est réalisée en couplage fort avec le système houlogénérateur grâce à la prise en compte conjointe de variables d'optimisation relatives à l'ensemble convertisseur-machine mais aussi à la loi d'amortissement du volant pendulaire. L'intégration d'une stratégie de défluxage, intéressante pour assurer un fonctionnement en écrêtage de la puissance, permet, dès l'étape de dimensionnement, de traiter l'interaction convertisseur-machine. Dans un second temps, la capacité énergétique du système de stockage de l'énergie fait l'objet d'une optimisation en vue de la minimisation de son coût économique sur cycle de vie. Pour ce faire, nous définissons des critères de qualité de l'énergie injectée au réseau, dont un lié au flicker, et nous comparons des stratégies de gestion de l'état de charge tout en tenant compte du vieillissement en cyclage des supercondensateurs dû à la tension et à leur température. Dans un troisième temps, à partir de données d'états de mer sur une année entière, nous proposons des dimensionnements de chaines de conversion électrique qui présentent les meilleurs compromis en termes d'énergie totale récupérée et de coût d'investissement
The work presented in this thesis sets forth the study of the sizing of a direct-drive electrical conversion chain for a direct wave energy converter (SEAREV). This electrical chain is made up of a permanent magnet synchronous generator attached to a pendular wheel and a power-electronic converter made up of two three-phase pulse width modulation bridge, one controlling the generator, the other allowing injecting electrical energy into the grid. In addition, an energy storage system (bank of supercapacitors) is intended to smooth the power output. The sizing of all these components needs an operating cycle optimization approach, in a system context with strong multi-physics coupling, more particularly between hydrodynamical and electromechanical parts. At first, the generator-converter set, whose role is to damp the pendular movement of an internal wheel, is optimized with a view to minimize the cost of energy (kWh production cost). This optimization, based on torque-speed operating profiles, is carried out considering a strong coupling with the wave energy converter thanks to the consideration as design variables, some relatives to the generator-converter sizing but also some relatives to the damping law of the pendular wheel. In addition, the consideration of a flux-weakening strategy, interesting to ensure a constant power operation (levelling), allows, as soon as the sizing step, to deal with the generator-converter interaction. In a second step, the rated energy capacity of the energy storage system is being optimized with a view of the minimization of its economical life-cycle cost. To do this, we define quality criteria of the power output, including one related to the flicker, and we compare three energy managment rules while taking into account the power cycling aging of the supercapacitors due to the voltage and their temperature. In a third step, from yearly sea-states data, we provide sizings of the direct-drive electrical conversion chain that are the best trades-offs in terms of total electrical produced energy and economical investment cost

La croissance du trafic ferroviaire prévue dans les années à venir pousse les acteurs du système d'électrification ferroviaire à chercher des solutions innovantes leur permettant d'assurer la consommation d’énergie qui y est liée. Une des solutions concerne l'intégration de moyens de production décentralisés et des systèmes de stockage d'énergie dans les installations fixes de traction électrique (IFTE). Dans cette évolution, la thèse vise à contribuer à la conception d'un outil de dimensionnement et de gestion énergétique intelligente des IFTE hybrides (IFTEH). La première partie décrit une méthodologie de conception technico-économique d’IFTEH. A partir d'une architecture générique d'IFTEH, une démarche d'optimisation sur cycle des variables dimensionnelles, mais également des variables de commandes du système de pilotage est proposée. La modélisation en flux d'énergie de l'IFTEH permet ensuite d’appliquer la méthodologie d’optimisation sur un cas d’étude et de comparer plusieurs scénarios d’optimisation. Après le dimensionnement de l'IFTEH, une méthodologie de gestion énergétique est développée afin de répondre aux objectifs énergétiques, économiques et environnementales, à différents horizons temporels de supervision d'IFTEH. Plusieurs scénarios de gestion sont évalués en simulation à travers des indicateurs de performance représentatifs des gains du système. Une étude d’optimisation des paramètres de supervision apporte des réponses concernant l’influence du dimensionnement du système sur la gestion énergétique. Enfin, la robustesse de la supervision énergétique d’IFTEH est analysée lors de la validation expérimentale à l’échelle de puissance du laboratoire
In railway traffic increasing and electricity market liberalization context, railway actors are determined to consider innovative solutions to handle the increasing energy demand for electrical traction. One of the solution concerns the integration of decentralized production and energy storage systems in the railway power substations (RPS). The present research work aims to contribute to the design of a sizing and intelligent energy management tool for the hybrid RPS (HRPS). In the first part of the dissertation, a methodology for the techno-economical design of the HRPS is described. From a HRPS generic architecture, an optimization approach is proposed by considering cycles of dimensional and system control variables. Furthermore, an energy flow model permits to apply the optimization methodology on a study case and to compare different optimization scenarios in order to analyze the sizing and optimal planning of electrical sources and loads for a typical day. After sizing the HRPS, an energy management methodology is developed in order to achieve energy, economic and environmental objectives at different time levels of HRPS supervision. Several energy management scenarios are evaluated in simulation through adapted system gain indicators. An optimization study of the supervision parameters provides additional answers concerning the influence of the system design on its management strategy. Eventually, the HRPS energy management robustness is analyzed during an experimental setup phase at laboratory power scale

La crise énergétique marquée par une flambée des prix du pétrole et les impératifs d’un développement durable font des énergies renouvelables une alternative qui suscitent aujourd'hui l’intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le Sénégal, pays subsaharien, non producteur de pétrole n’est pas épargné par cette crise. Celle-ci se traduit par, une faible couverture du pays (en particulier les zones rurales) par le réseau électrique national. Pour faire face à cela, la nouvelle orientation en matière de politique énergétique met l’accent sur l’utilisation des énergies renouvelables notamment, le solaire et l’éolienne. L'objectif principal de cette thèse est de dégager une méthodologie de conception d’un site isolé de production d’énergie électrique à partir des énergies alternatives. Il s'agit à partir des caractéristiques d’un site (ressources d’énergie disponibles, besoins énergétiques) de :- mettre en place une démarche qui permette le choix d’une architecture du réseau et de dimensionner de façon optimale l’ensemble des constituants du réseau (machines, sources et dispositifs de stockage) en tenant compte de toutes les contraintes- concevoir un dispositif de commande des composantes et de gestion des flux d’énergie Cette thèse comprend trois chapitres :- Chapitre 1 : pose la problématique de l’énergie au Sénégal. L’organisation institutionnelle du sous-secteur de l’électricité, les réalisations et les projets en cours sont présentés. Aussi, une étude sur les architectures de micro-réseaux est faite. - Chapitre 2 : traite des outils et logiciels. Une étude comparative des principaux logiciels d’analyse, de conception et simulation des micro-réseaux est réalisée. L’ensemble des composants de notre système ont été modélisées. Les méthodes d’optimisation et des outils de représentation graphique (Bond Graph, GIC et REM) des systèmes ont été présentés. Une enquête menée et une recherche bibliographique nous ont permis d’évaluer le potentiel énergétique du site et les besoins des populations.- Chapitre 3 : il s’agit de l’application de notre outil sur un site isolé identifié au Sénégal (MBoro/Mer). L’optimisation à travers la fonction objectif coût annualisée du système (ACS) nous a permis de dimensionner de façon optimale notre système. Aussi la commande du système avec la Représentation Energétique Macroscopique (REM) a été conçue.Pour la suite du travail, il faudrait envisager une prise en charge des problèmes de disponibilité du système à travers une surveillance et une supervision du dispositif. Le volet socio-économique aussi est à intégrer dans le futur afin de satisfaire l’évolution des besoins et des habitudes des populations
The energy crisis characterized by the oil products price rising and the imperatives of sustainable development do that renewable energies are an alternative today witch attract the interest of several research teams. Senegal, sub-Saharan country, not oil producer is not spared by this crisis. The consequence of this is a low coverage of the country (especially rural areas) by the national grid. For solving this, the new orientation of the energy policy focuses on the use of renewable energy particularly solar and wind.The main objective of this thesis is to identify a methodology of design of an isolated site of electrical energy production from alternative energies It is consists on, from site characteristics (energy resources, energy requirements):- to develop an approach that allows the choice of network architecture and sizing optimally all components of the network (machines, sources and storage devices) taking into account all the constraints- to design a device for controlling components and managing the energy flowsThis thesis contains three chapters:- Chapter 1 - poses the problem of energy in Senegal. The institutional organization of the electricity sub-sector and the ongoing projects are presented. Also, a study of micro- architectures networks is made.- Chapter 2 deals with tools and software. A comparative study of the main software of analysis, design and simulation of micro- network is realized. The components of our system have been modeled. Optimization methods and tools for graphical representation (Bond Graph, GIC and EMR) systems were presented. A survey and a literature review allowed us to evaluate the energy potential of the site and the needs of populations.- Chapter 3: This is the application of our tool on an isolated site identified in Senegal (MBoro / Mer). Optimization through the Annualized Cost of the System (ACS) objective function has allowed us to scale our system optimally. As the control system with Energetic Macroscopic Representation (EMR) has been designed.For further work should be considered a treatment of problems of availability of the system through monitoring and supervision of the system. The socio- economic component is also integrated in the future to meet the changing needs and habits of the population

La crise énergétique marquée par une flambée des prix du pétrole et les impératifs d'un développement durable font des énergies renouvelables une alternative qui suscitent aujourd'hui l'intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le Sénégal, pays subsaharien, non producteur de pétrole n'est pas épargné par cette crise. Celle-ci se traduit par, une faible couverture du pays (en particulier les zones rurales) par le réseau électrique national. Pour faire face à cela, la nouvelle orientation en matière de politique énergétique met l'accent sur l'utilisation des énergies renouvelables notamment, le solaire et l'éolienne. L'objectif principal de cette thèse est de dégager une méthodologie de conception d'un site isolé de production d'énergie électrique à partir des énergies alternatives. Il s'agit à partir des caractéristiques d'un site (ressources d'énergie disponibles, besoins énergétiques) de :- mettre en place une démarche qui permette le choix d'une architecture du réseau et de dimensionner de façon optimale l'ensemble des constituants du réseau (machines, sources et dispositifs de stockage) en tenant compte de toutes les contraintes- concevoir un dispositif de commande des composantes et de gestion des flux d'énergie Cette thèse comprend trois chapitres :- Chapitre 1 : pose la problématique de l'énergie au Sénégal. L'organisation institutionnelle du sous-secteur de l'électricité, les réalisations et les projets en cours sont présentés. Aussi, une étude sur les architectures de micro-réseaux est faite. - Chapitre 2 : traite des outils et logiciels. Une étude comparative des principaux logiciels d'analyse, de conception et simulation des micro-réseaux est réalisée. L'ensemble des composants de notre système ont été modélisées. Les méthodes d'optimisation et des outils de représentation graphique (Bond Graph, GIC et REM) des systèmes ont été présentés. Une enquête menée et une recherche bibliographique nous ont permis d'évaluer le potentiel énergétique du site et les besoins des populations.- Chapitre 3 : il s'agit de l'application de notre outil sur un site isolé identifié au Sénégal (MBoro/Mer). L'optimisation à travers la fonction objectif coût annualisée du système (ACS) nous a permis de dimensionner de façon optimale notre système. Aussi la commande du système avec la Représentation Energétique Macroscopique (REM) a été conçue.Pour la suite du travail, il faudrait envisager une prise en charge des problèmes de disponibilité du système à travers une surveillance et une supervision du dispositif. Le volet socio-économique aussi est à intégrer dans le futur afin de satisfaire l'évolution des besoins et des habitudes des populations.

Le Vietnam est un pays en voie d’industrialisation rapide ce qui engendre une croissance élevée des besoins énergétiques. La consommation énergétique du Vietnam est en augmentation mais pas de façon égale dans tout le pays. En effet, 66.9% de la population du Vietnam vit en zone rurale en 2014. Une grande partie de la population vit encore pauvrement dans des sites isolés avec des accès très restreint aux énergies. Le Vietnam Master Power Plan VII (2011) indique que 759.986 habitations n’ont pas accès à l’électricité.Cependant, le Vietnam est un pays qui possède un grand potentiel en énergie renouvelable (l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydroélectrique, l’énergie Biomasse). Le Vietnam a élaboré une stratégie de développement des énergies renouvelables, afin de mobiliser toutes les ressources pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles. Les sites isolés se situent principalement au Nord-Ouest du Vietnam, près de la frontière avec le Laos et la Chine, où il existe un grand potentiel d’énergie hydraulique et/ou solaire. Il faut quand même signaler que ces énergies sont souvent saisonnières et, par exemple, une microcentrale hydroélectrique ne peut pas satisfaire la demande en énergie électrique lors de la saison sèche. Donc, un système utilisant deux sources d’énergies renouvelables (panneaux photovoltaïques et microcentrale hydroélectrique) est l’une des solutions optimales pour alimenter en électricité un site isolé au Vietnam. L’objectif de cette thèse est la gestion optimale de l’électricité renouvelable d'un tel système.Afin de satisfaire à une utilisation maximale, le principe de suivi du point maximum (ou Maximum Power Point Tracking – MPPT) est mis en application. Pour la chaine de conversion photovoltaïque, un contrôleur flou à une entrée est proposé afin de suivre le point de puissance maximale du panneau solaire.Pour la chaine de conversion hydroélectrique, une turbine Pelton couplée à un générateur synchrone à rotor bobiné permet d’alimenter en électricité une charge triphasée. Une plateforme d'essais est réalisée dans le laboratoire CReSTIC, IUT de Troyes pour effectuer une validation expérimentale du système de régulation d’une Microcentrale hydroélectrique.Pour la réalisation d’un système de production d’électricité hybride, un superviseur flou est conçu pour obtenir un comportement optimal du système. Après, une étude sur les avantages et inconvénients de ce type de systèmes hybrides pour un site isolé a été effectuée (amélioration de la formation des adultes, augmentation du temps de travail pendant la nuit, réduction du coût du carburant).Ce travail contribue à la connaissance d'une gestion optimale des énergies renouvelables pour site isolé en révélant les avantages et les qualités de l’utilisation des ressources d’énergie renouvelables au gouvernement et à d’autres investisseurs locaux ou internationaux au Vietnam
As a rapidly industrializing country, the economy of Vietnam's has become very energy intensive. Thought, 66.9% of Vietnam's population lives in rural area in 2014. Many people still live in remote farming areas that are stricken with poverty. The Vietnam Master Power Plan VII (2011) indicates that still 818,947 households are not connected to the national grid, and 759,986 households do not have any access to electricity.Vietnam has high potential on renewable energy resources (Wind, Solar, Hydro, Biomass, and Geothermal). Using hybrid renewable energy system is considered to be one of the most feasible options to bring electricity to local people to improve life quality. The off-grid communities in Vietnam are located mainly in the north-west of Vietnam, near the border with Laos and China, where exist a great potential on Hydro power and/or solar power. A micro hydro power plant cannot satisfy the load demand, especially in dry season. Therefore, additional energy sources such as PV arrays have been suggested to complement power efficiency. Thus, this working discusses the pre-feasibility for small hybrid power generation system consisting of a PV generating unit with storage and a micro hydro generation unit for off-grid areas in Vietnam.The objective of this thesis is to optimize the production of renewable electricity for this type of small hybrid power generation system. For the photovoltaic conversion system, a one input fuzzy logic controller for maximum power point tracking is designed. For the Micro-hydro power plants (MHPP), a Pelton turbine is coupled to a would rotor synchronous generator to supply electricity for a three phase load. To keep the MHPP frequency and voltage outputs constant (50 Hz, 230 V) in spite of changing user loads, the controller is necessary. The experimental results of MHPP frequency and voltages control show the ability of our controller. For the realization of small hybrid power generation, a fuzzy supervisor is adapted to obtain an optimal behavior of the system. Finally, a study on the advantages of this type of hybrid system is carried out (improvement of adult training, increased night working hours, and reduction fuel costs). This thesis contributes to the knowledge of Renewable Energy (RE) by revealing the suitable usability and prospects of RE resources to the government and other local or international investors in Vietnam

L’apport scientifique de cette thèse se concentre sur la résolution des défis particuliersliés à la stabilité et à l’optimisation des réseaux de distribution en courant continu (DC).Cette recherche vise à élaborer des stratégies de contrôle et des algorithmes d’optimisation avancés afin de maximiser l’intégration des sources d’énergies renouvelables en courantcontinu tout en minimisant les pertes d’énergie dans le but d’atteindre l’auto-consommation.L’architecture matérielle proposée dans ce travail s’appuie sur deux technologies de distribution électrique en courant continu, à savoir le Power over Ethernet (PoE) et le Power overData Line (PoDL). Grâce à ces deux technologies, il est possible d’obtenir une améliorationd’au moins 7 % en termes d’efficacité énergétique lorsque la source d’énergie est en courantcontinu, comme c’est le cas pour l’énergie photovoltaïque ou l’énergie stockée dans des batteries. L’intégration de ces technologies dans les bâtiments crée un système de distributionplus flexible, permettant l’incorporation de charges dans la stabilisation du micro-réseau. LePoE alimente les appareils via Ethernet, tandis que le PoDL permet la communication IP etl’injection d’énergie par l’intermédiaire de l’infrastructure de câblage électrique existante.L’architecture logicielle que nous avons proposée dans ce travail est basée sur une communication réactive entre les acteurs du réseau DC, garantissant ainsi la stabilité et la sécurité.La méthode s’appuie sur un système multi-agents coordonné pour des décisions contextuelles,maximisant les avantages du réseau DC tout en garantissant un fonctionnement stable etéconome en énergie.La mise en œuvre d’un système de distribution électrique réactif est un défi majeur.La nature décentralisée de ce système nécessite un protocole de communication capablede répondre aux exigences de latence et de flexibilité. Par conséquent, après avoir évaluéplusieurs protocoles, nous avons confirmé que le protocole Data Distribution Service (DataDistribution Service (DDS)) se distingue par ses performances en temps réel, offrant unelatence bien délimitée et contrôlée. Grâce à sa structure distribuée et à ses capacités avancéesde gestion des données, le DDS peut assurer une communication en temps réel fiable etprévisible.En plus du protocole de communication réactif, nous avons utilisé une approche multiagents pour ses avantages tels que la gestion de l’incertitude, la flexibilité, l’extensibilité, laprise de décision distribuée, entre autres. Cependant, leur mise en œuvre dans un contexte oùla réactivité et la stabilité des micro-réseaux sont essentielles représente un défi particulier.Dans ce contexte spécifique, nous avons développé une architecture de système multi-agentsbasée sur la coordination avec des interactions bien définies. De plus, nous avons proposéune méthode d’optimisation basée sur le cycle hamiltonien de la théorie des graphes afind’optimiser les temps de latence des agents dans leurs tâches. L’approche multi-agents etles algorithmes d’optimisation proposés visent à répondre simultanément aux exigences deréactivité du système de contrôle et aux défis liés à l’optimisation de la gestion de l’énergiedans le micro-réseau DC
The scientific contribution of this thesis focuses on addressing specific challenges relatedto the stability and optimization of direct current (DC) distribution networks. This researchaims to develop control strategies and advanced optimization algorithms to maximize theintegration of renewable energy sources in DC while minimizing energy losses in order toachieve self-sufficiency. In pursuit of this objective, we have proposed in this work a hardware and a software architecture. The hardware architecture relies on two DC electrical distribution technologies, namely Power over Ethernet (PoE) and Power over Data Lines (PoDL). With these two technologies, it is possible to achieve at least a 7% improvement in energy efficiency when the energy source is in DC, such as photovoltaic energy or energy stored in batteries. Integrating these technologies into buildings creates a more flexible distribution system, allowing for the incorporation of loads in microgrid stabilization. PoE powers devices via Ethernet, while PoDL enables IP communication and power injection throughthe existing electrical wiring infrastructure.The software architecture that we have proposed in this work is based on reactive communication among the actors of the DC network, thus ensuring stability and safety. The method relies on a coordinated multi-agent system for context-aware decisions, maximizing the benefits of the DC network while ensuring stable and energy-efficient operation. Implementing a reactive electrical distribution system is a major challenge. The decentralized nature of this system requires a communication protocol capable of meeting latencyand flexibility requirements. Therefore, after evaluating several protocols, we have validated that the Data Distribution Service (DDS) protocol stands out for its real-time performance, offering well-bounded and controlled latency. Due to its distributed structure and advanced data management capabilities, DDS can ensure dependable and anticipatable real-time communication.In addition to the reactive communication protocol, we have used a multi-agent approachfor its benefits like uncertainty management, flexibility, scalability, and distributed decision-making. However, their implementation in a context where microgrid reactivity and stability are essential represents a particular challenge. Within this specific context, we have developed a coordination-based multi-agent system architecture with well-controlled interactions and latencies. Furthermore, we have proposed an optimization method based on the Hamiltonian cycle from graph theory to optimize the latencies of the agents in their tasks. The proposed multi-agent approach and optimization algorithms aim to simultaneously address the reactivity requirements of the control system and the challenges related to optimizing energy management in the DC microgrid

Depuis 2004, l'Université de Paris Sud a établi une collaboration avec le département de Génie Électrique de la Faculté d'ingénierie de l'Université du Laos (UNL). La thématique de recherche concerne le pilotage de l'électronique de puissance pour la gestion de sources d'énergie renouvelable pour le Laos. Ainsi en 2009, le Gouvernement français a financé une bourse de thèse pour le développement d'un outil de pré-dimensionnement de la production électrique renouvelable pour les villages isolés au Laos. En effet, le réseau de transport et de distribution du Laos est déjà en tension compte tenu de l'explosion de la consommation dans les zones urbaines. Son extension aux zones rurales notamment dans les zones montagneuses représente un coût d'investissement beaucoup trop élevé. Par contre le pays bénéficie de ressources naturelles (hydrauliques, solaire et agricoles) dont l'exploitation judicieuse peut permettre le développement de la filière des énergies renouvelables. La production d'énergie électrique décentralisée (fermes solaires par exemple) nécessite une évaluation des ressources locales et un dimensionnement optimal de l'ensemble des constituants (sources, dispositifs de stockage, convertisseurs, etc.) et de l'architecture du mini ou micro réseau autonome.Cette thèse est organisée en 3 chapitres :Le chapitre 1 présente dans un premier temps le travail qui permit d'identifier les besoins et les ressources effectivement disponibles au Laos. Pour cela, un séjour de plusieurs semaines dans des zones rurales reculées du Nord-Ouest du Laos a été effectué. Cela a permis d'obtenir un profil de consommation standard, d'identifier les ressources et de relever les données des réseaux rudimentaires existants (puissance et configuration). Une importante recherche bibliographique sur les outils logiciels existants a ensuite été réalisée. Cela a permis de dimensionner et de simuler ces systèmes autonomes. Le chapitre 2 présente les limitations de ces outils de conception (absence de flexibilité dans les modèles utilisés et algorithmes d'optimisation trop contraints) et le développement dans l'environnement de Matlab-Simulink d'une bibliothèque de modèles des constituants du système d'énergie autonome. Les modèles sont réalisés pour faciliter un dimensionnement optimal du système selon des critères de coût, de disponibilité et de fiabilité. Un important travail d'étude bibliographique sur les architectures de réseaux a été réalisé et combiné à une synthèse des ressources et des besoins des milieux ruraux au Laos. Le chapitre 3 présente deux exemples de dimensionnement de systèmes de production d'électricité pour des sites isolés au Laos à partir d'énergie renouvelables. Le cahier des charges correspond à un village isolé de 50 maisons pour 130 habitants. Le critère économique est fondamental dans cette étude où l'optimisation cherche à réduire les coûts des constituants tout en satisfaisant les besoins en puissances des villageois. Différentes optimisations continue et hybrides (continu et entier) sont conduites en tenant compte de contraintes sur les sources. Des indicateurs de performance sont ainsi utilisés: "Loss of Power Supply Probability, Forced Outage Rates, Annualized Cost of System, Levelized Cost of Energy, etc."
Since 2004, a collaboration between Université Paris Sud of France and the Department of Electrical Engineering Faculty of Engineering, National University of Laos (NUOL) has been carried out on the control of power electronics for the management of renewable energies source in Laos. Therefore in 2009, the French Government has funded a PhD thesis on the development of a designing tool for the early-sizing of renewable electricity production for isolated villages in Laos. This thesis report is organized in three chapters:Chapter I presents a short review of the status and development plans for the electrification of Laos. Then, based on a two-month field study in Northern Laos, analyses of energy consumptions of households in isolated villages and available renewable sources, using small scale hydro power plants and solar systems among others, are presented. Afterward, micro-grid configurations and technologies adapted to Laos are discussed. Obtained results are used in the next chapters as specifications for the designing tool.Chapter II focuses on software tools for system design and system modeling. First, a short review of the existing early-sizing tools for renewable energy sources for isolated villages is presented. But an analysis of evaluated software's such as LEAP, HOMER, HOGA, etc. shows that they are not opened enough to facilitate the development of a flexible and scalable designing too. Thus, Matlab/Simulink software is chosen as an open and highly adaptable architecture research tool. Then, specific models for renewable sources, storage devices, grid configuration are developed in order to facilitate the optimization procedures of an off-grid system design. After that, a short review of the existing optimization algorithms, available in Matlab, is carried out. Then, a paralleled mono-objective Genetic Algorithm is configured and applied in the next chapter.Chapter III presents several designs of isolated villages in Laos, using renewable energies. The specifications focus on isolated villages of about 50 houses for 120 inhabitants. The economic aspect is a key point in order to minimize costs of designed system while satisfying daily load demands of the village. For this task, locally available natural resources such as rivers and solar radiation are considered as energy sources. Various optimizations using continuous and discrete optimization algorithms are conducted taken into account the sources constraints and a short review of the existing hybrid system performance indicators is carried out, such as: Loss of Power Supply Probability, Forced outage rates, Annualized Cost of System, Levelized Cost of Energy, etc. Finally, the results obtained in this thesis show that renewable sources can be used at a reasonable price for off-grid electrification of isolated villages in Laos. Moreover, the developed designing tool can easily be adapted to new models of renewable sources and storage devices, which is the main interest of a designing tool for the early-sizing of off-grid renewable electricity production for isolated villages in Laos

The operation of electric grids depends on the balance between the electric generation and the demand. In France, the Transmission System Operator, RTE, is responsible for the stability and the security of the grid. Today, the electric generation follows the variations of the demand. However, environmental concerns prompt to develop new strategies and policies for Energy Transition. The development of Smart Grids, the uncertain future of nuclear generation, the massive integration of renewable sources are the focus of those. Furthermore, renewable energies generation is intermittent and can not be controlled. The current strategy for the balance between generation and demand is challenged. The electric grid has to be readjusted by adding more electric flexibility to ensure its stability. The electric flexibility is usually associated to storage technologies as batteries or pumping stations. A state of art review is used to define this notion and to evaluate the technological and economic maturity of different electric flexibility vectors. The following report is based on a selection of prospective scenarios, development plans already launched in France, proposing a significant share of renewable energies in a future energy mix and current French energy data. Two studies were carried out : one at a regional level, for Bretagne and one at national level for France. An evaluation at 2050 is carried out to determine the load factors of intermittent energies, consumption and residual demand in Bretagne. On the basis of these prospective estimates, a need for electric flexibility can be determined for the Bretagne region. This first study highlights an issue related to future needs for electric flexibility. However, since the balance between production and consumption is achieved at a national level, a second study on France is necessary. The French need for electric flexibility is then estimated through a linear optimization that evaluates the energy production required to achieve a generation/consumption balance taking into account energy sources merit order.
Det franska elnätets funktion beror på balansen mellan elproduktionen och efterfrågan. Transmissionssystemoperatören, RTE, ansvarar för nätets stabilitet och säkerhet. Idag följer den elektriska generationen variationerna i efterfrågan. Miljömässiga frågor är emellertid snabba för att utveckla nya strategier och strategier för energiövergång. Utvecklingen av Smart Grids, den osäkra framtiden för kärnkraftsproduktion, den massiva integrationen av förnybara källor är deras fokus. Vidare är generering av förnybara energikällor intermittent och kan inte kontrolleras. Den nuvarande strategin för balans mellan produktion och efterfrågan utmanas. Elnätet måste justeras genom att lägga till mer elektrisk flexibilitet för att säkerställa stabiliteten. Den elektriska flexibiliteten är vanligtvis förknippad med lagringsteknik som batterier eller pumpstationer. En allmänt erkända tekniska används för att definiera denna uppfattning och att utvärdera den tekniska och ekonomiska mognaden hos olika elektriska flexibilitetsvektorer. Följande undersökningar grundar sig på ett urval av framtida scenarier, utvecklingsplaner som redan lanserats i Frankrike, och föreslår en betydande andel förnybara energikällor i en framtida energimix och nuvarande franska energidata. Två studier utfördes på olika perimetrar: på Bretagne-regionen och i Frankrike. En utvärdering vid 2050 utförs för att bestämma belastningsfaktorerna för intermittent energi, förbrukning och återstående efterfrågan i Bretagne. På grundval av dessa framtida uppskattningar kan ett behov av elektrisk flexibilitet bestämmas för Bretagne-regionen. Denna första studie lyfter fram ett problem som rör framtida behov av elektrisk flexibilitet. Men eftersom balansen mellan produktion och konsumtion uppnås på nationell nivå krävs en andra studie om Frankrike. Det franska behovet av elektrisk flexibilitet uppskattas sedan genom en linjär optimering som utvärderar den energiproduktion som krävs för att uppnå en generation / konsumtionsbalans med hänsyn tagen till energikällans meriteringsordning.
Le fonctionnement du réseau électrique français repose sur l’équilibre entre la production et la consommation d’électricité. Le gestionnaire du réseau de transport, RTE, est responsable de la stabilité et de la sécurité du réseau. Aujourd’hui, la production électrique s’adapte aux variations de la consommation. Cependant, des préoccupations environnementales incitent à la mise en place de nouvelles stratégies et politiques pour la transition énergétique. Le développement d’un réseau intelligent, l’avenir incertain du nucléaire et l’intégration massive d’énergies renouvelables sont au centre de celles-ci. De plus, la production électrique des énergies renouvelables s’avère intermittente et fatale. La stratégie actuelle du maintien de l’équilibre production/consommation est remise en question. Le système électrique doit être repensé en y intégrant plus de flexibilité électrique pour en garantir la stabilité. La flexibilité électrique est usuellement associée aux technologies de stockage comme les batteries électrochimiques et les STEP hydrauliques. Un état de l’art permet de définir précisément cette notion et d’évaluer la maturité technologique et économique en France de ces différents vecteurs de flexibilité électrique. L’objet des recherches suivantes est basé sur une sélection de scénarios prospectifs, de plans de développement d’ores et déjà lancés en France, proposant une part importante d’énergies renouvelables dans un futur mix énergétique et des données énergétiques actuelles françaises. Deux études ont été menées sur différents périmètres : sur la région Bretagne et sur la France entière. Une évaluation à 2050 est effectuée pour déterminer facteurs de charge des énergies intermittentes, consommation et demande résiduelle en Bretagne. A partir de ces estimations prospectives, un besoin en flexibilité peut être déterminé sur le périmètre de la Bretagne. Cette première étude permet de mettre en exergue une problématique liée aux futurs besoins de flexibilité électrique. Cependant, l’équilibre entre production et consommation étant réalisé à un niveau national, une seconde étude sur le périmètre français est nécessaire. Le besoin français en flexibilité est alors estimé par le biais d’une optimisation linéaire qui évalue la production énergétique nécessaire pour obtenir un équilibre production/consommation en tenant compte de la préséance économique.

L'objectif de ce travail est, d'une part, de définir une méthode de résolution pour le problème de la Mobilisation de la Réserve Tertiaire (MR T) en tenant compte des contraintes de transits actifs du réseau de transport Très Haute Tension à Electricité de France et, d'autre part, de . développer une maquette informatique capable de tester cette méthode de résolution. Actuellement, l'action de MRT èst déclenchée lorsque un déséquilibre sérieux (on parle "d'aléa") entre les niveaux de production et de consommation survient et que les réglages automatiques (dits primaire et secondaire) atteignent leurs limites; l'opérateur est alors contraint d'intervenir "manuellement" sur les consignes des groupes de production pour restaurer les marges de sécurité du système électrique. L'approche que nous proposons, fondée sur un algorithme d'exploration de l'espace des solutions techniquement réalisables, permet de toujours obtenir une solution, éventuellement partielle faute de mieux. Complétée progressivement par des heuristiques, l'exploration est guidée par une liste, ordonnée, d'unités thermiques et hydrauliques mobilisables et par une liste, également classée, de critères que la solution recherchée doit s'efforcer de vérifier au maximwn. Ces deux listes sont établies par l'opérateur en fonction de son intuition et de sa connaissance du système électrique. La conception de l'outil proposé repose sur la programmation orientée objet (C++). Entièrement paramétrable par l'opérateur, la plate-forme réalisée utilise les structures de données d'EDF et comporte de nombreuses interfaces avec des logiciels existants. De ce travail, nous retenons que notre outil pourrait être prochainement intégré dans une plate-forme informatique d'EDF et devenir un élément de base réutilisable et extensible pour de futures études.