Добірка наукової літератури з теми "Commandes décentralisées ou distribuées"

Depuis le déclenchement de la crise sanitaire, le dynamisme des créations d’emplois dans le secteur marchand non agricole en France ne cesse de nous surprendre trimestre après trimestre. Fin 2022, soit trois ans après le début de la crise Covid, l’activité dans ce même secteur, mesurée par sa valeur ajoutée, se situe 1,2 % au-dessus de son niveau pré-crise. Compte tenu du sentier de croissance de la productivité du travail observé avant la crise, évalué à 0,9 % l’an par Ducoudré et Heyer (2017), cette faible croissance de l’activité aurait dû conduire, toutes choses égales par ailleurs, à une baisse de 1,6 % de l’emploi salarié dans le secteur marchand fin 2022. Mais au lieu de baisser de plus de 270 000 postes, l’emploi salarié marchand non agricole a au contraire progressé de près de 800 000 (+4,6 %) au cours des trois dernières années selon les chiffres de la comptabilité nationale. Dans cet article, trois pistes ont été avancées et testées pour expliquer cet écart de plus de 1 million d’emplois salariés marchands au cours de la période 2019-2022 : ■ La première réside dans une durée du travail moyenne par salarié qui n’avait toujours pas retrouvé son niveau qui prévalait avant la crise, réduisant la productivité apparente des salariés ; ■ Le fort recours à l’apprentissage observé depuis 2019 est une deuxième piste envisageable (Coquet, 2023) ; ■ La troisième serait due aux nombreuses aides distribuées aux entreprises depuis la crise de la Covid-19 qui, en modifiant les incitations des entreprises à licencier et embaucher, a pu les inciter à faire de la rétention de main d’œuvre. Ces aides ont non seulement pu enrichir la croissance en emplois des entreprises qui se portent bien mais aussi maintenir artificiellement certaines d’entre elles en activité alors même qu’elles auraient dû faire faillite, comme l’illustre le très faible nombre de défaillances d’entreprises au cours des trois dernières années. Il ressort de nos estimations d’équations de demande de travail réalisées sur données macro-sectorielles que ces trois pistes expliqueraient près de 70 % de l’écart de créations d’emplois décrit précédemment. Dans le détail, la moindre durée du travail des salariés en expliquerait 18 % (soit près de 200 000 emplois), 24 % seraient à mettre en lien avec la forte progression du nombre d’apprentis au cours de période d’analyse (soit plus de 250 000 emplois) et 26 %, soit près de 280 000 emplois, s’expliqueraient par les mesures « exceptionnelles » de soutien aux entreprises. Notons par ailleurs que si ces trois pistes expliquent la quasi-intégralité de l’effet dans le secteur des services marchands, elles n‘en expliquent que la moitié dans celui de la construction et à peine un tiers dans celui de l’industrie. Dans ce secteur, avant de conclure à une baisse tendancielle des gains de productivité et en attendant les comptes nationaux définitifs, une explication alternative pourrait être avancée : l’anticipation d’une reprise illustrée par des carnets de commandes fournis pourrait inciter les employeurs à conserver leurs effectifs afin d’éviter les coûts liés à la recherche de nouveaux candidats une fois les problèmes d’approvisionnement réglés. Ce comportement peut se trouver exacerbé dans un contexte où une grande majorité des entreprises déclare rencontrer des pénuries de main-d’œuvre.

Les travaux de cette thèse portent sur la synthèse et l'analyse d'algorithmes de synchronisation pour des systèmes multi-agents avec une dynamique linéaire. Par synchronisation, nous voulons que les états de tous les agents évoluent sur la même trajectoire à partir d'un certain temps. En prenant en compte des contraintes de communication, nous proposons des architectures de commandes décentralisées, c.-à-d. qui n'utilisent que des informations locales. Dans une première partie, nous nous inspirons de la théorie des jeux pour proposer une loi de commande considérant un coût individuel de satisfaction par agent. Afin de faciliter l'analyse, le problème de synchronisation est d'abord reformulé en un problème de stabilisation. Ensuite, des conditions données sous forme d'inégalités matricielles linéaires permettent de vérifier si un profil de gains correspond un équilibre de satisfaction ou non. Un ensemble de gains est un équilibre de satisfaction lorsque le coût individuel de chaque agent est borné par un seuil donné. La seconde partie consacrée aux réseaux avec des clusters, se base sur la théorie des systèmes singulièrement perturbés pour présenter une loi de commande plus axée sur des réseaux de grandes envergures. L'objectif est de fournir une méthode efficace en termes de calcul pour concevoir des stratégies de contrôle qui garantissent une certaine limite sur le coût de chaque cluster. En utilisant une méthode de séparation d'échelles de temps, la conception de la loi de commande est séparée en deux parties: une commande interne et une commande externe. Leurs conceptions se font indépendamment l'une de l'autre et tend à réduire les charges de calculs. De plus, nous montrons que la commande interne n'affecte le coût du cluster que pendant une courte période de temps
The work of this thesis focuses on the synthesis and analysis of synchronization algorithms for multi-agent systems, with linear dynamics and fixed topology. By synchronization, we mean that the states of all agents evolve on the same trajectory from a certain time. Taking into account communication constraints, we propose decentralized control architectures, i.e. that use only local information. In a first part, we draw from game theory to propose a control law considering an individual satisfactory cost per agent. In order to facilitate the analysis, the synchronization problem is first reformulated as a stabilization problem. Then, conditions given in the form of Linear Matrix Inegalities allow to check if a gain profile corresponds to a satisfaction equilibrium or not. A set of gains is a satisfaction equilibrium when the individual cost of each agent is bounded by a given threshold. Furthermore, based on the output feedback control, a second result allows us to synthesize the gain of an agent assuming the gains of the other agents are known. The second part, dedicated to networks with clusters, is based on the Singular Perturbed Theory to present a control law more focused on large-scale networks. The objective is to provide a computationally efficient method to design control strategies that guarantee a certain limit on the cost of each cluster. Using a time-scale separation method, the control law design is separated into two parts: an internal and an external control. Their designs are done independently from each other and tend to reduce the computational load. Moreover, we show that the internal control affects the cost of the cluster only during a short period of time

The work described herein concerns the development of a communication strategy for a fleet of USVs (Unmanned Surface Vehicles). This project's aim is to improve the performances of the SPYBOAT system, developed by the French company CT2MC to perform environmental monitoring missions in fresh waters. In order to successfully fulfill their task, autonomous surface vehicles must be able to maintain a reliable communication link. This thesis's goal is twofold and complementary:- propose the design of an antenna dedicated to the particular conditions of an USV environment and contained in the vessel's hull,- take into account the effective radio ranges and the limited onboard computing resources to develop an admissible deployment strategy.First, the system under study is identified through experiments performed in the Bourget Lake. The differential flatness property of the model is also proved for further use in the computation of reference trajectories.Subsequently, the characteristics of the USV are described from a radio-frequency point of view. The environmental conditions involved by the water proximity, the low heights of the antennas and the high density of conductive materials in unmanned systems are very challenging. The selected antenna configuration is a planar antenna array, composed of three elementary semi-circular monopoles. Low-height measurements over the ground in open space, in good agreement with simulations, have proven that the proposed antenna and the currently used wire antennas exhibit good electrical performances. Antennas simulations have shown that the radiation pattern loses its omnidirectional property when placed in the vessel's hull due to the reflexions on the embedded equipment, and multiple antennas are required to maintain a reliable communication link.Finally, an algorithm able to compute a feasible reference trajectory for a fleet of USVs is proposed. The flatness-based optimization algorithm takes into account communication constraints to ensure that none of the agents in the network becomes isolated. The optimization problem is solved offline to reduce the computation task of the embedded controller. Then, the trajectory tracking algorithm is implemented online via an LQR (Linear Quadratic Regulator) controller which has been simulated and successfully experimented under various scenarios over the real platforms of CT2MC. The experimental tests show that the pre-established communication constraints are preserved while minimizing the tracking error
Les travaux présentés dans cette thèse visent à améliorer les performances du système SPYBOAT, une gamme de drones aquatiques de surface développés par l'entreprise CT2MC et destinés à la réalisation de missions de surveillance environementale en eau douce. Afin de pouvoir mener à bien leurs missions, le maintien de la communication radio avec ces équipements est primordial à la fois pour pouvoir envoyer de nouvelles instructions aux agents, et pour évaluer l'état d'avancement de la mission. Les objectifs de cette thèse sont donc complémentaires:- concevoir une antenne dédiée à un véhicule autonome de surface et contenue dans sa coque,- développer une stratégie de déploiement qui prend en compte la portée radio et les ressources de calcul limitées.Dans un premier temps, les paramètres dynamiques d'un des modèles SPYBOAT ont été identifiés au cours d'une campagne de mesures réalisée sur le Lac du Bourget (73). Le modèle dynamique est ensuite approfondi afin de mettre en évidence sa platitude qui sera utilisée lors de la génération des trajectoires de référence.Ensuite, les conditions particulières d'un point de vue radio-fréquence sont abordées telles que la proximité de l'eau, les faibles hauteurs et le voisinage d'éléments conducteurs. La topologie choisie consiste en un réseau d'antennes constitué de 3 monopoles semi-circulaires. Les performances de cette antenne ont été évaluées par simulation et confirmées par le biais de mesures effectuées sur des prototypes. Les résultats montrent que ces antennes offrent des performances comparables aux dipoles filaires classiquement utilisés dans ce domaine.Enfin, nous proposons un algorithme de génération d'une trajectoire de référence pour une flotte de drones exploitant la platitude des systèmes à contrôler. Les contraintes de portée induites par l'utilisation de l'antenne sont prises en compte afin de garantir le contact radio avec chaque agent. Cette étape d'optimisation est réalisée en amont de la mission afin de minimiser la tâche alouée au contrôleur, qui consiste en une commande LQR (Linear Quadratic Regulator) à gain variable. Cette stratégie de commande a été simulée et testée avec succès sur un système réel

Nous considérons dans ce travail des systèmes linéaires définis sur un anneau d'opérateurs (de tels systèmes peuvent servir à modéliser des systèmes à retards). Nous nous plaçons dans le cas où les commandes peuvent faire intervenir des retards distribués. On s'intéresse alors à la réalisation par bouclages (dynamiques, statiques, répartis) de précompensateurs. Nous apportons plusieurs solutions originales à ce problème, lorsque les modèles sont définis sur l'anneau des polynômes à plusieurs variables ou sur l'anneau [epsilon]. Les retards distribués ne peuvent pas en général être directement implantés via un calculateur. La seconde partie de ce mémoire est consacrée à leur approximation. Ce dernier problème reste un point dur de la commande des systèmes complexes. Nous apportons une analyse fine de quelques cas particuliers, et faisons émerger des configurations où l'approximation choisie permet de garantir au moins la stabilité su système bouclé
In this work, we consider linear systems defined over a ring (such systems can be used for the modelisation of time-delay systems). We put ourselves in the context where distributed delays can be used in the control law. Then we take an interest in the feedback realization of precompensators (with dynamic, static, or distributed feedbacks). We provide several original solutions to this problem, when the models are defined over the ring of polynomials in several variables or over the ring [epsilon]

L'aboutissement aux Commandes de Vol Électriques (CDVE) des avions civils actuels s'est fait par étapes, après une longue maturation des différentes technologies mises en place. La prochaine étape est l'utilisation de communications intégralement numériques et d'actionneurs intelligents. Cette thèse propose de nouvelles architectures, en rupture avec l'état de l'art, avec de nouvelles répartitions des fonctions intelligentes entre l'avionique centrale (calculateurs de commandes de vols) et l'avionique déportée (électroniques locales des actionneurs) dont l'avantage est d'exiger moins de ressources par rapport aux architectures conventionnelles tout en satisfaisant les mêmes exigences de sécurité et de disponibilité ainsi que les exigences croissantes en fiabilité opérationnelle de la part des compagnies aériennes. La sûreté de fonctionnement et la robustesse des nouvelles architectures proposées ont été validées respectivement sous OCAS/Altarica et Matlab/Simulink.

De nombreuses applications peuvent être formulées en termes de systèmes distribués que ce soit une nécessité face à une distribution physique des entités (réseaux, robotique mobile) ou un moyen adopté face à la complexité d'appréhender un problème de manière globale. A travers l'utilisation conjointe de méthodes dites d'apprentissage par renforcement et des systèmes multi-agents, des agents autonomes coopératifs peuvent apprendre à résoudre de manière décentralisée des problèmes complexes en s'adaptant à ceux-ci afin de réaliser un objectif commun. Les méthodes d'apprentissage par renforcement ne nécessitent aucune connaissance a priori sur la dynamique du système, celui-ci pouvant être stochastique et non-linéaire. Cependant, afin d'améliorer la vitesse d'apprentissage, des méthodes d'injection de connaissances pour les problèmes de plus court chemin stochastique sont étudiées et une fonction d'influence générique est proposée. Nous nous intéressons ensuite au cas d'agents indépendants situés dans des jeux de Markov d'équipe. Dans ce cadre, les agents apprenant par renforcement doivent surmonter plusieurs enjeux tels que la coordination ou l'impact de l'exploration. L'étude de ces enjeux permet tout d'abord de synthétiser les caractéristiques des méthodes décentralisées d'apprentissage par renforcement existantes. Ensuite, au vu des difficultés rencontrées par ces approches, deux algorithmes sont proposés. Le premier est le Q-learning hystérétique qui repose sur des agents "à tendance optimiste réglable ". Le second est le Swing between Optimistic or Neutral (SOoN) qui permet à des agents indépendants de s'adapter automatiquement à la stochasticité de l'environnement. Les expérimentations sur divers jeux de Markov d'équipe montrent notamment que le SOoN surmonte les principaux facteurs de non-coordination et est robuste face à l'exploration des autres agents. Une extension de ces travaux à la commande décentralisée d'un système distribué de micromanipulation (smart surface) dans un cas partiellement observable est enfin exposée.

Les arbres classiques de distribution du signal d'horloge au sein des microprocesseurs synchrones présentent un certain nombre de limitations : skew, jitter, limitation de la fréquence, influence de perturbations et de dispersions quelles que soient leurs natures. Ces facteurs, critiques pour les microprocesseurs modernes complexes, sont devenus la raison principale qui a poussé à la recherche d'autres types d'architecture de génération et de distribution du signal d'horloge. Un exemple d'un tel système alternatif est le réseau de PLLs couplées, où les PLLs sont géographiquement distribuées sur la puce, et génèrent des signaux d'horloge locaux qui sont ensuite synchronisés, en temps réel, par un échange d'information entre les PLLs voisines et une rétroaction locale réalisé par leur correcteurs. La nature active du réseau de PLLs de génération et de distribution du signal d'horloge, qui peut permettre de surpasser les limitations mentionnées plus tôt, oblige à sortir du cadre classique des outils et des méthodes de la Microélectronique habituellement appliqués à l'étude et à la conception de ce type de systèmes. En effet, les aspects dynamiques de bouclage et de transformation de signaux au sein de tels systèmes complexes rendent leur conception extrêmement difficile voire parfois impossible. La difficulté principale consiste en un changement des propriétés d'un sous-système local indépendant par rapport aux propriétés du même sous-système faisant partie du réseau. Effectivement, il existe beaucoup de méthodes et d'outils de conception d'une PLL isolée garantissant un comportement et des propriétés locales désirés. Néanmoins, ces propriétés désirées locales, selon la topologie d'interconnexion considérée, ne sont pas forcément conservées quand il s'agit d'un réseau de PLLs interconnectées et de son comportement global. Le but principal de cette thèse est ainsi de développer une méthode de synthèse de la loi de commande décentralisée réalisée au sein de chaque sous-système (tel qu'une PLL) assurant le comportement désiré pour le réseau global. Une méthode de transformation du problème de synthèse globale en un problème équivalent de synthèse d'une loi de commande locale est proposée en se basant sur l'hypothèse des sous-systèmes identiques interconnectés en réseau. Le lien entre les propriétés locales et globales est établi grâce aux approches d'Automatique avancée telles que les approches entrée-sortie et la dissipativité. Ce choix de méthode permet non seulement de réduire considérablement la complexité du problème initial mais aussi de ramener le problème de synthèse à une forme proche des méthodes de conception locale utilisées en Microélectronique, ce qui garantit une continuité logique de leur évolution. Ensuite la méthode proposée est combinée avec la commande H∞ et l'optimisation sous contraintes LMIs conduisant au développement d'algorithmes efficaces de résolution du problème posé. Elles sont à la fois particulièrement bien adaptées à l'application considérée, c'est-à-dire à la synchronisation d'un réseau de PLLs, et sont facilement généralisables aux autres types de problèmes de commande de systèmes de grande dimension. Le premier aspect permet une intégration naturelle et aisée de la méthode dans le flux de conception existant en Microélectronique, très riche et mature à ce jour, alors que le deuxième offre une solution à d'autres problèmes de commande de systèmes interconnectés en réseau, un champ d'application aujourd'hui en plein essor.

Le domaine de la conversion d’énergie requiert, la plupart du temps, la mise en œuvre d’études spécifiques et coûteuses pour répondre, avec les meilleures performances possibles (rendement, compacité, CEM), aux diverses applications. Afin de proposer une solution générique et évolutive, nous nous sommes intéressés à l’utilisation d’un réseau de micro-convertisseurs optimisés, de faible puissance, que l’on peut associer en série et/ou en parallèle, pour couvrir un large domaine d’applications. Dans ces conditions, un effort unique de réflexion est à porter sur le dimensionnement d’un micro-convertisseur optimisé qui joue le rôle de cellule élémentaire ou de brique de base pour l’établissement du réseau complet. Cependant, cela suppose de mettre en œuvre également une méthode de contrôle adaptée au grand nombre de micro-convertisseurs ainsi qu’une technique de communication entre tous les micro-convertisseurs, pour assurer un bon équilibrage de la puissance. L'objectif principal de cette thèse est de fournir une solution intégrée pour le contrôle à la fois des cellules de commutation internes du micro-convertisseur et du réseau lui-même. Pour y parvenir, une solution modulaire de contrôle entièrement décentralisé est proposée. Trois étapes essentielles sont alors étudiées : la génération des porteuses entrelacées, l’équilibrage des courants de phase et la régulation des grandeurs de sortie courant et/ou tension. Ces trois étapes sont abordées de manière à proposer une solution entièrement décentralisée. Plusieurs cartes de test ont été réalisées pour valider chaque fonction indépendamment. Un circuit intégré (démonstrateur), implémentant l’ensemble des fonctions nécessaires au contrôle d’un micro-convertisseur 5V-2A-1MHz, a également été conçu et testé. Les résultats expérimentaux montrent clairement la validité des solutions proposées, ce qui ouvre la voie vers un contrôle mieux adapté aux nouveaux types d’architectures multi-phasées et distribuées en réseau.

À mesure que les sources renouvelables pénètrent dans le système électrique actuel pour atténuer le réchauffement planétaire et la pénurie d’énergie, le concept de microréseau (MG) permet de réduire l’impact de la production intermittente sur le réseau de services publics. Il permet d'améliorer l’automatisation et l’intelligence du réseau électrique avec des caractéristiques plug-and-play. L’intégration d’un plus grand nombre de MG dans un réseau de distribution favorise le développement du réseau intelligent. Leur coordination pourrait conduire à une grande fiabilité du système avec un faible coût, et une forte résistance aux pannes électriques. La réalisation de ces profits repose sur des technologies développées de communication et de stratégies de contrôle.La répartition de la puissance dans les MG répartis tout en coordonnant les éléments au sein de chaque MG exige un contrôle décentralisé. L'approche multiagent permet de modéliser un réseau de MG comme un système physiquement distribué. Cette thèse étudie principalement le contrôle de coordination dans le réseau MG et sa modélisation à base d'agent.. L' objectif est de promouvoir la performance des contrôles en termes d’efficacité et de fiabilité. Deux méthodes sont envisagées pour permettre l’évolutivité du système, y compris la coordination avec les MG voisins et dans la zone de coordination étendue. Une plateforme de simulation est établie pour valider les approches proposées.Les stratégies de contrôle pour la coordination entre les MG et leurs voisins sont proposées afin de maintenir la charge complète et la sécurité tout en minimisant le coût de production. Le contrôle centralisé dans le groupe de coordination est appliqué à la gestion économique de l’énergie. Il utilise une méthode de Newton-Raphson pour répartir la puissance entre les MG voisins en simplifiant la relation entre le coût de production de MG et sa puissance de sortie. Une approche fondée sur le consensus est adoptée pour calculer le flux de puissance du réseau, et les résultats sont comparés avec la capacité maximale sur la ligne pour assurer un fonctionnement sûr. Pour améliorer encore les avantages économiques, l’approximation de la relation entre la puissance de production de MG et le coût de production est améliorée par une autre stratégie fondée sur la notion de marché. Il construit un marché pour le commerce d’électricité avec les voisins. Cette méthode préserve la vie privée de chaque MG. Le calcul du débit de puissance est simplifié pour être proportionnel à la différence d’angle entre les deux extrémités de la ligne de raccordement. Les deux stratégies sont testées sur plusieurs réseaux MG. Leur performance montre que les deux approches sont évolutives et pourraient économiquement compenser le manque d’approvisionnement en charge dans les MG défectueux.Pour la stratégie de contrôle avec une fiabilité et un profit plus élevés, une stratégie de coordination au sein d’une vaste zone sélectionnée de MG est proposée. L’élargissement de la zone de coordination en fonction des MG voisins fournit plus de sources d’énergie au MG. Il assure suffisamment de puissance pour compenser le déséquilibre et offre plus de choix pour la distribution de puissance. La sélection de la zone de coordination est réalisée par un algorithme évolutionnaire distribué. La programmation quadratique dans Gurobi est utilisée pour résoudre le problème de répartition de puissance. Un autre algorithme génétique est également adopté pour résoudre le problème de la répartition optimale de la puissance avec un coût de production quadratique pour la microturbine. La performance de cette stratégie est testée, et les résultats montrent qu’elle a des avantages en termes de fiabilité, d'évolutivité et de profit par rapport aux méthodes centralisées
As renewable sources penetrate the current electrical system to relief global warming and energy shortage, microgrid (MG) emerges to reduce the impact of intermittent generation on the utility grid. Additionally, it improves the automation and intelligence of the power grid with plug-and-play characteristics. Inserting more MGs into a distribution network promotes the development of the smart grid. Thus MG networks existing in the power system are in prospect. Coordinating them could gain a system with high reliability, low cost, and strong resistance to electrical faults. Achieving these profits relies on developed technologies of communication, control strategy, and corresponding algorithms.Dispatching power in distributed MGs while coordinating elements within the individual MG demands a decentralized control system, in which the multi-agent system possesses advantages. It is applied to the MG network for establishing a physically distributed system. Based on the multi-agent system, this thesis mainly studies the coordination control in the MG network and its modeling. It aims at promoting control performance in terms of efficiency, reliability, economic benefit, and scalability. Two methods are considered to enable the system scalability, including the coordination with neighboring MGs and within the extensive coordinating area. A simulation platform is established to validate the proposed approaches.The control strategies for coordination between MGs and their neighbors are proposed to maintain the complete load supply and global security operation while minimizing the generation cost. Centralized control in the coordination group is applied for economic energy management. It uses a Newton-Raphson method to dispatch power among neighboring MGs by simplifying the relationship between MG generation cost and its output power. An average consensus approach is adopted to calculate the caused network power flow, and the results are compared with the maximal capacity on the line to keep safe operation. To further improve the economic benefits, the approximation of the relationship between MG output power and the caused generation cost is improved by an another strategy based on the market concept. It builds a market for neighboring power trade. This method maintains the operation privacy of individual MG. Power flow calculation is simplified to be proportional to the angle difference between the two terminates of the connecting line. Both strategies are tested on several MG network. Their performance shows that both approaches possess scalability and could economically compensate for the lack of load supply in faulted MG.For the control strategy with higher reliability and profit, a coordination strategy within a selected extensive area of MGs is proposed. Expanding the coordination area based on neighboring MGs provides more energy sources to the demanded MG. It ensures enough power to compensate imbalance and offers more choices for power dispatching. The selection of the coordination area is based on a distributed evolutionary algorithm. Quadratic programming in Gurobi is used to solve the power dispatching problem. Another genetic algorithm is also adopted to solve the problem of optimal power dispatching with a quadratic generation cost for microturbine. The performance of this strategy is tested, and the results show that it has comprehensive advantages on reliability, scalability, and profit compared with centralized methods

Le terme « réseau électrique intelligent » fait référence à un réseau électrique en présence d’une abondante production décentralisée et redirigeant les flux de puissance afin que soit maintenu l’équilibre entre production et consommation électrique en temps réel. Son fonctionnement est conditionné par le respect de contraintes de stabilité, sécurité et qualité de service. Il tire profit d'une observabilité améliorée, utilise les outils de contrôle/commande avancé et offre la possibilité d’une gestion avancée de la demande.Dans le contexte du projet Smart Occitania, dont l'objectif est d’évaluer la faisabilité du concept de réseau électrique intelligent en zones rurales et péri-urbaines, ces travaux de thèse proposent une stratégie fondée sur la théorie de la commande prédictive et la gestion de charges pilotables (ici, un méthaniseur et un château d'eau) afin de maintenir l'équilibre entre production et consommation électrique dans le réseau, tout en respectant des contraintes en tension prédéfinies. La stratégie de contrôle inclue des prévisions infra-journalières de plusieurs grandeurs stochastiques qui interviennent dans le système, obtenues par le biais d’une régression non paramétrique par processus Gaussien.La contribution principale de cette thèse est double : la formulation d’un problème d'optimisation pour gérer la commande tout ou rien du château d'eau sans avoir recours à la programmation non linéaire mixte en nombres entiers ou à une relaxation et l'utilisation d'intervalles de confiance fournis par le module de prévision pour réduire les dépassements de tension dus aux erreurs de prévision.Les résultats obtenus témoignent du potentiel de la commande prédictive pour la gestion de charges pilotables dans une optique de réduction de l'écart entre production et consommation, tout en respectant des contraintes en tension
The term ''smart grid'' refers to a modern power grid that successfully integrates prolific distributed generation with end loads and efficiently reroutes power flows to balance supply and demand in real time with respect to stability, quality, and safety constraints. It relies on improved observability and advanced control techniques, and offers the possibility of advanced demand side management.In the context of the Smart Occitania project, which aims to study the feasibility of the smart grid concept for rural and suburban power distribution grids, this work proposes a model-based predictive control strategy based on flexible asset management (herein a biogas plant and a water tower) that aims to balance power supply and demand within the power grid while maintaining voltage levels within prescribed margins. The control scheme incorporates intraday forecasts of various stochastic quantities that impact the system, procured through Gaussian process regression.The main contribution of this thesis is twofold: the predictive controller's optimisation problem is formulated in such a way that the ON/OFF of the water tower is handled without recourse to mixed-integer nonlinear programming or relaxation, and the confidence intervals provided by the forecast module are utilised to minimize voltage overshooting due to forecasting errors.The results illustrate the promise of a predictive controller relying on renewable-energy-based flexible assets to reduce the gap between power supply and demand, while upholding the power grid's voltage constraints

Les récents développements des systèmes technologiques ont mené à une complexification des comportements des systèmes actuels. Une solution pour gérer cette complexité croissante consiste à les considérer comme un ensemble de sous-systèmes hétérogènes et à développer des techniques distribuées pour les contrôler et les gérer. Cette solution soulève plusieurs problèmes. Tout d’abord, l’augmentation de la taille et du nombre de composants entraîne immanquablement l’augmentation du nombre de fautes qui peuvent conduire le système dans un état de défaillance critique. De fait, parmi les fonctions opérationnelles, les tâches de détection et d’isolation des fautes (Fault Detection and Isolation ou FDI), de maintenance et de réparation sont devenues prédominantes et elles influent considérablement sur le coût total des produits finaux.Cette thèse porte sur la détection et l’isolation de fautes. Parmi les différentes méthodes pour générer des tests de diagnostic utilisant la redondance analytique, cette thèse adopte l’approche par espace de parité qui utilise les relations de redondance analytique (RRA). Étant donné un modèle du système sous la forme d’un ensemble d’équations différentielles, les RRA sont des relations obtenues à partir du modèle en éliminant les variables non mesurées. Ceci peut être effectué dans un cadre analytique en utilisant la théorie de l’élimination. Une autre solution consiste à utiliser l’analyse structurelle. L’analyse structurelle est basée sur une abstraction du modèle qui ne conserve que les liens entre variables et équations. Malgré son apparente simplicité, l’analyse structurelle fournit un ensemble d’outils puissants, s’appuyant sur la théorie des graphes, pour analyser et inférer des informations sur le système. Par ailleurs, elle a l’avantage de s’appliquer indifféremment sur les systèmes linéaires ou non linéaires.L’objectif de cette thèse est de développer des techniques efficaces basées sur l’analyse structurelle pour le diagnostic des systèmes continus distribué. Dans ce cadre, le système se décompose en un ensemble de sous-systèmes en fonction de contraintes fonctionnelles, géographiques ou de confidentialité. La thèse se divise principalement en deux parties :• la première partie cherche à mettre à lumière, à partir des modèles structurels obtenus au niveau des sous-systèmes, les redondances qui généreront des tests de diagnostic pertinents au niveau du système global,• la deuxième partie vise à formuler et résoudre le problème d’optimisation lié au choix d’un sous-ensemble de tests de diagnostic au niveau des sous-systèmes permettant une diagnosticabilité maximale pour le système global.La première partie utilise le concept d’ensemble minimal structurellement surdéterminé guidé par les fautes (Fault-Driven Minimal Structurally Overdetermined Set ou FMSO set). Ce concept est introduit dans la thèse. Il s’agit d’un sousensemble d’équations du modèle avec une redondance minimale à partir de laquelle une RRA sensible à un ensemble de fautes peut être obtenu. Deux solutions pour générer des ensembles FMSO pour le système global sont présentées, d’une part dans un cadre décentralisé avec des superviseurs imbriqués suivant une hiérarchie; d’autre part dans un cadre totalement distribué. Ces solutions sont basées sur les propriétés des ensembles FMSO au niveau des sous-systèmes qui sont présentées dans la thèse. La deuxième partie pose un problème d’optimisation dans le cadre d’une recherche heuristique et propose trois solutions basées sur un algorithme A* itératif combiné avec une fonction capable d’évaluer si un ensemble FMSO au niveau global peut être obtenu à partir des ensembles FMSO locaux sélectionnés. Les concepts introduits dans la thèse et les résultats sont appliqués à deux cas d’étude industriels. Le premier est une usine de désalinisation. Le second est un système de détermination et de contrôle d’attitude pour un satellite en orbite basse
The recent development of technological systems implies a high complexity of behaviors for today’s systems. An answer to the increased system’s complexity is to look at them as a multitude of heterogeneous subsystems and develop distributed techniques to control and manage them. This raises a number of problems. Firstly, as the size and number of components increase, so does the number of fault occurrences that may drive the system to undergo critical failures. Fault detection and isolation (FDI), maintenance and repair are an increasing part of the operational everyday’s tasks and they impact drastically the total cost of final products.This thesis focuses on fault detection and isolation. Among the different methods to generate diagnosis tests by taking advantage of analytical redundancy, this thesis adopts the so-called parity space approach based on analytical redundancy relations (ARRs). Given a model of the system in the form of a set of differential equations, ARRs are relations that are obtained from the model by eliminating non measured variables. This can be performed in an analytical framework using elimination theory but another way of doing this is to use structural analysis. Structural analysis is based on a structural abstraction of the model that only retains a representation of which variables are involved in which equations. Despite the rusticity of the abstract model, structural analysis provides a set of powerful tools, relying on graph theory, to analyze and infer information about the system. Interestingly, it applies indifferently to linear or nonlinear systems. The goal of this thesis is to develop effective techniques based on structural analysis for diagnosis of distributed continuous systems. In this framework, the system is decomposed into a set of subsystems according to functional, geographical or privacy constraints. The thesis is organized in two parts:• highlighting the redundancies that are built into the global structural model and that can be used to generate diagnosis tests starting from the redundancies existing in the subsystem’s models,• formulating and solving the optimization problem linked to the choice of a subset of diagnosis tests at the subsystems level that can lead to a set of diagnosis tests achieving maximum diagnosability for the global system.The first part takes benefit of the concept of Fault-Driven Minimal Structurally Overdetermined Set (FMSO set) that is introduced in the thesis. An FMSO set determines a subset of equations of the model with minimal redundancy from which an ARR sensitive to a set of faults can be obtained. Two solutions for generating FMSOs for the global system are presented, in a decentralized framework with supervisors at each level of a hierarchy and in a totally distributed framework.These are based on the properties of the FMSO sets for the subsystems in relation to those of the global system derived in the thesis