Добірка наукової літератури з теми "Microréseau électrique"

Cette thèse propose d’améliorer le contrôle prédictif des microréseaux avec générations renouvelables et stockage hybridebatterie-hydrogène. L’objectif est de trouver une planification des stockages applicable à toutes les stations PowiDian, en dépassant les limitations de l’optimiseur actuel. La première contribution est une formulation générique de microréseaux avec stockage. Ensuite, des optimiseurs "boîte noire" sont intégrés et comparés dans l’Energy Management System (EMS) pour planifier la puissance de l’électrolyseur et de la pile à combustible sur l’horizon d’une journée. La formulation et ses différents optimiseurs sont évalués avec des données réelles sur une année entière. La seconde contribution montre que le choix du meilleur optimiseur repose sur la charge de calcul, car la pertinence de la commande et le coût évalué de la fonction objectif sont similaires quel que soit l’optimiseur. Enfin, la thèse propose une formulation linéaire en nombres entiers d’Unit Commitment issu des grands réseaux électriques adaptée au stockage hydrogène. L’objectif est de garantir l’optimalité, de réduire la complexité de calcul et d’intégrer des méthodes classiques (gestion de l’incertain, temps de fonctionnement...)
This thesis proposes to improve the predictive control of microgrids with renewable generation and hybrid battery-hydrogenstorage. The aim is to find a storage scheduling solution applicable to all PowiDian stations, overcoming the limitations of the current optimizer. The first contribution is a generic formulation of microgrids with storage. Next, black-box optimisers are integrated and compared in the Energy Management System (EMS) to plan the power of the electrolyser and the fuel cell over a one-day horizon. The formulation and its various optimisers are evaluated with real data over a full year. The second contribution shows that the choice of the best optimizer is based on the computational load, since the relevance of the control and the evaluated cost of the objective function are similar whatever the optimizer. Finally, the thesis proposes a linear integer formulation of Unit Commitment from large power systems adapted to hydrogen storage, with the objective of guaranteeing optimality, reducing computational complexity and integrating classical methods (uncertainty management, operating time, etc.)

Ces travaux de recherche constituent une contribution à l'étude des interactions entre le réseau électrique et le véhicule électrique (VE) en mode de recharge (Vehicle-to-Grid V2G). La recharge des VEs engendrant des surconsommations variant entre deux et plusieurs dizaines de kilowatts, occasionne des perturbations sur la qualité de l'énergie du réseau auquel ils sont connectés ; la gestion de l'énergie délivrée au VE est donc une priorité pour les différents acteurs industriels qui ont établi les infrastructures de recharge. Dans cette thèse nous proposons d'étudier l'impact des nombreux VEs en mode de recharge sur le déséquilibre en courant et en tension du réseau de distribution basse tension ainsi que sur les stratégies de recharge à mettre en œuvre pour améliorer la qualité de l'énergie, et notamment minimiser les taux de déséquilibre. Nous commençons par définir le besoin de réduire le déséquilibre en courant et en tension dans le réseau résidentiel de basse tension. Ensuite, nous étudions l'impact du taux d'insertion des VEs sur ces déséquilibres en estimant la sensibilité des paramètres statistiques les décrivant. Enfin, nous proposons des stratégies de gestion de la recharge et de la décharge cherchant à minimiser les déséquilibres occasionnés tout en respectant les contraintes de confort, c'est-à-dire de la recharge du VE avant le départ et les limites structurelles du système
The study of the Vehicle to Grid (V2G) interactions is the main contribution of this research work. To charge an electric vehicle (EV) battery the overloading in low voltage (LV) residential networks is expected to be between 2 kW and maximum 10kW. To avoid power quality deterioration a battery recharge management is a priority for the charging infrastructure business. Our work has been, first, to study the impact of a significant number of EVs in recharge mode on the voltage and current unbalances in a LV residential electric network scenario and second to develop charging strategies to minimize those unbalances.First, we defined why it is important for the LV residential network to minimize the unbalances both in current and in voltage. Then, we studied the impact of different market penetration rates of the EV on the unbalances by estimating the sensibility of the statistical parameters describing them. Finally we developed several charging/discharging strategies in order to minimize the current unbalance by using optimization algorithms in the continuous and discrete domains. Several constraints were formulated in order to preserve power limits and an enough state of charge for the mobility

L'étude réalisée dans cette thèse s'est portée sur un concept original de microréseau et son utilisation pour faciliter l'intégration des systèmes à base d'énergies renouvelables (EnR) dans le réseau. Ce microréseau est constitué des générateurs à base d'EnR ainsi que de systèmes de soutien qui incorporent des fonctionnalités additionnelles de façon à en améliorer l'intégration. Sur la base de ce concept proposé, deux différentes applications types de microréseaux on été étudiées en détail : un microréseau résidentiel ilôtable et un parc éolien muni de systèmes DFACTS (STATCOM et DVR). Dans les deux applications, des structures de contrôle/commande à différents niveaux et appliquées aux différents composants du microréseau ont été développées, analysées en simulation off line et finalement validées sur un banc expérimental hybride temps réel avec des prototypes à échelle réduite
The present PhD deals with an original microgrid concept and its application as a Renewable Energy Source’s (RES) grid integration scheme. This microgrid is composed of RES generators as well as support systems that incorporate additional functionalities in order to improve RES integration into the grid. According to this concept, two practical microgrid applications have been studied in detail: a residential microgrid and a wind farm supported by DFACTS systems (STATCOM and DVR). In both applications, the control structures which are implemented at different levels and applied to the differents microgrid elements have been developed, analyzed by means of off-line simulations and finally validated in real-time conditions with physical reduced-scale prototypes

Le contexte de cette thèse s'intègre dans une démarche de modélisation et simulation de micro-réseaux. Financée par le projet LUE ULHyS, programme de recherche multidisciplinaire sur les technologies de l'hydrogène et des piles à combustible, des matériaux innovants pour les PEM-FC à l'économie de l'hydrogène et à l'ergonomie prospective, la thèse a proposé un cadre multi-disciplinaire dont le sujet porte sur l'étude par co-simulation des échanges d'énergies dans les micro-réseaux. La modélisation des micro-réseaux multi-sources multi-porteurs impose de décrire le système comme l'intégration de sous-systèmes hétérogènes en interaction. Sa simulation consiste à gérer la synchronisation des simulateurs hétérogènes ainsi que l'échange de données entre eux. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) a démontré sa capacité à aborder rigoureusement ces questions. Les enjeux se situent, non plus aux niveaux formel et logiciel, mais sur l'aspect sémantique. Actuellement, la montée en compétence des experts en micro-réseaux sur des problématiques informatiques, des principes d'intégration de formalisme, etc. pour pouvoir concevoir eux-mêmes des modèles de micro-réseaux et les simuler les détourne de leur objectif initial, prend du temps et peut potentiellement introduire de graves erreurs. Le défi réside dans l'intégration dans une démarche de co-simulation, au niveau sémantique, des hétérogénéités spécifiques à l'étude des échanges d'énergies dans un micro-réseau. Cette thèse propose des concepts et des composants logiciels (outils logiciels connexes en relation avec mecsyco) adaptés aux experts en micro-réseaux pour combler le fossé entre les exigences conceptuelles et la simulation de micro-réseaux multi-sources et multi-porteurs. Les travaux définissent deux concepts permettant la représentation des micro-réseaux dans une démarche de co-simulation modulaire et hiérarchique à tous les niveaux de la modélisation et de la simulation : les composants informationnels d'abord, caractéristique informationnelle des composants effectuant des opérations physiques (consommer, produire, stocker) sur l'énergie ; l'opérateur de couplage ensuite, objet de la réification de la stratégie de gestion du réseau, collectant les informations et permettant le calcul d'une nouvel répartition de l'énergie garantissant l'équilibrage du réseau. L'évaluation du travail se fait à travers un exemple itératif de simulation d'un éco-quartier dans laquelle nous illustrons les propriétés d'intégration modulaire de modèles et de hiérarchisation à tout les niveaux de la démarche de co-simulation
The context of this thesis is part of a microgrid modeling and simulation approach. Funded by the LUE ULHyS project, a multidisciplinary research programme on hydrogen and fuel cell technologies, from innovative materials for PEM-FCs to hydrogen economics and prospective ergonomics, the thesis proposed a multi-disciplinary framework for the study of energy exchanges in microgrids by co-simulation.The modeling of multi-source, multi-carrier microgrids requires the system to be described as the integration of interacting heterogeneous subsystems. Its simulation consists in managing the synchronisation of heterogeneous simulators and the exchange of data between them. Mecsyco (Multi-agent Environment for Complex SYstem CO-simulation - mecsyco.fr) has demonstrated its ability to rigorously address these issues. The challenges are no longer at the formal and software levels, but on the semantic aspect. Currently, the need for microgrid experts to become more competent in computer science, formalism integration principles, etc. in order to be able to design microgrid models and simulate them themselves diverts them from their initial objective, takes time and can potentially introduce serious errors. The challenge lies in the integration of the heterogeneities specific to the study of energy exchanges in a microgrid into a co-simulation approach, at the semantic level.This thesis proposes concepts and software components (related software tools in relation with mecsyco) adapted to microgrid experts to bridge the gap between conceptual requirements and the simulation of multi-source and multi-carrier microgrids. The work defines two concepts allowing the representation of microgrids in a modular and hierarchical co-simulation approach at all levels of modelling and simulation: the informationnal components first, informational characteristic of the components performing physical operations (consume, produce, store) on energy; the coupling operator second, object of the reification of the network management strategy, collecting information and allowing the calculation of a new energy distribution guaranteeing the network balancing.The evaluation of the work is done through an iterative example of simulation of an eco-neighbourhood in which we illustrate the properties of modular integration of models and hierarchisation at all levels of the co-simulation approach. We also illustrate the visualisation capabilities of the results through the automated R reports, newly integrated to the Mecsyco middleware

L'intégration des énergies renouvelables a conduit à introduire la notion d'utilisation locale de ces nouvelles sources de production. Nous pouvons définir le paradigme de microréseau comme une agrégation de plusieurs sources d'énergie distribuée qui peuvent alimenter leurs charges locales. Ces microréseaux peuvent être îlotables pour garantir la continuité de service et l'alimentation des charges. Pour assurer la fiabilité du réseau, une stratégie de protection des générateurs et du microréseau lui-même a été proposée. Dans ce mémoire, les points communs et les différences entre les générateurs classiques et les générateurs connectés au réseau à l'aide de convertisseur d' d'électronique de puissance sont présentés. Ensuite, nous présentons la conception d'une source de tension à base d'une micro-turbine à gaz comme source d'énergie primaire contrôlable. Nous étudions les possibilités pour le générateur de demeurer connecté dans les conditions du creux de tension (fault-ride-through) tout en étant protégé contre les surintensités. Nous avons proposé deux solutions différentes permettant de limiter ces courants du générateur. De plus, pour assurer la continuité d'alimentation des charges en deux modes de fonctionnement, nous avons intégré un détecteur de l'ilotage basé sur le relais ROCOF dans le système de commande du générateur. Une validation expérimentale pour ces travaux a été réalisée en utilisant la simulation temps réel PHIL. Finalement, un plan de protection coordonnée valide dans les deux modes de fonctionnement et avec les différents types de source est présenté. Cette stratégie a été testée sur un exemple de microréseau simulé sur le simulateur temps réel

Les milieux ruraux, souvent distants du réseau électrique principal, sont particulièrement adaptés au déploiement de microréseaux (MR). Ce type de réseau permet une restructuration du réseau électrique d’aujourd’hui afin d'intégrer plus efficacement un plus grand nombre des sources d’énergie renouvelable. Le biogaz,obtenu par la méthanisation des déchets agricoles, est une ressource d’énergie renouvelable disponible dans les zones rurales. Cette ressource, facilement stockable en grande quantité, est particulièrement intéressante pour les réseaux faibles comme le MR. Les sources d’énergies valorisant le biogaz sont plus fiables et moins dépendantes de phénomènes stochastiques comme le vent ou l’éclairement solaire.Après un état de l’art sur les différentes technologies valorisant le biogaz, ilressort qu’un système hybride composé d’une pile à combustible de type SOFC et d’une microturbine (MT) permet d’atteindre le meilleur rendement électrique avec un faible impact environnemental.L’objectif global de la thèse est d’étudier le système SOFC/MT comme source principale dans un contexte MR rural isolé. Dans ce but, une modélisation du système a été réalisée en se focalisant sur les éléments ayant un impact sur la dynamique des signaux électriques du système. Le système hybride a ensuite été dimensionné dans le but de conserver un rendement électrique optimal et un unique convertisseur multiniveau de type 3LNPC est utilisé pour l'intégrer au MR. Comme une pile à combustible est sensible aux variations de charges (affectant son rendement et sa durée de vie), le premier objectif de la stratégie de commande appliquée au convertisseur 3LNPC est de réguler la puissance de la SOFC à sa valeur nominale. Le MR devant pouvoir fonctionner en autonomie lors de son ilotage, le deuxième objectif de cette stratégie est de fixer la tension et la fréquence du réseau.Les contrôleurs de la stratégie de commande sont conçus en attachant une importance particulière à la robustesse des correcteurs. Le fonctionnement du système hybride SOFC/MT, piloté par un unique convertisseur de type 3LNPC équipé d’une stratégie de commande originale, a été testé et validé en simulation puis expérimentalement sur la plateforme MR d’ESTIA-Recherche
Rural areas, often far away from the main electric grid, are particularly suitablefor the deployment of microgrids (MG). This type of grid allows a restructuring oftoday's power grid in order to integrate more efficiently renewable power sources.Biogas, produced by anaerobic digestion of agricultural wastes, is a renewable energyresource available in rural areas. This resource, easily stored in large quantities, isparticularly interesting for weak grids like a MG. Energy sources using biogas are morereliable and less dependent on stochastic phenomena such as wind or solarillumination.After a state of the art on the different technologies enhancing biogas, it is clearthat a hybrid system consisting of a SOFC type fuel cell and a microturbine (MT)achieves the best electric efficiency with low environmental impact.The overall objective of the thesis is to study the SOFC / MT system as themain power source in an isolated rural MG context. For this purpose, a model of thesystem was carried out by focusing on the elements that affect the dynamics of thesystem's electrical signals. The hybrid system was then sized in order to maintainoptimal electrical performance, and a unique 3LNPC multilevel converter is used tointegrate the hybrid system to the MG. As a fuel cell is sensitive to load changes(affecting its performance and lifespan), the first objective of the control strategyapplied to the 3LNPC converter is to regulate the power of the SOFC at its nominalvalue. The MG must be able to operate autonomously when islanded, thus the secondobjective of this strategy is to set the grid voltage and frequency.The controllers of the control strategy are designed paying particular attention tothe robustness. The operation of the SOFC / MT hybrid system, driven by a single3LNPC type converter equipped with an innovative control strategy, has been testedand validated in simulation and experimentally in the MG platform of ESTIAResearch

La qualité d’un réseau électrique se mesure notamment par sa résilience, à savoir sa capacité à continuer de fournir, de façon stable, une électricité de qualité malgré les incidents. Cette continuité d’alimentation est notamment assurée par le réglage de la fréquence, ce dernier faisant office de moyen de coopération entre les différentes sources du réseau. Les travaux de cette thèse étudient en profondeur les différentes façons d’assurer ce réglage de la fréquence sur des microréseaux alternatifs îlotés au regard des problématiques nouvelles : intégration croissante de sources d’énergie renouvelables intermittentes et baisse (voire disparition) de l’inertie inhérente aux groupes synchrones tournants. L’objectif principal est de proposer un ensemble de modèles analytiques permettant d’appréhender le comportement dynamique de la fréquence et des puissances actives transitant sur un microréseau, quelle que soit la topologie de ce dernier, afin de constituer une aide au dimensionnement. À cet objectif global s’ajoute un certain nombre de sous-objectifs qui structurent et guident l’ensemble des travaux :- Un objectif pédagogique : les couplages entre l’équilibre des puissances actives et la fréquence sur un réseau alternatif sont clairement explicités, que ces couplages relèvent de la structure et des paramètres physiques du microréseau ou qu’ils soient liés aux lois et paramètres de commande. La lecture des modèles doit ainsi permettre de comprendre analytiquement les différents liens de cause à effet entre les paramètres du système, la fréquence et les puissances,et les spécificités propres à chaque topologie de microréseau.- Un objectif de simplicité et de modularité : les modèles proposés doivent pouvoir être adaptés selon les cas particuliers de topologies, afin que tout lecteur puisse les réutiliser facilement en dehors du cadre de cette étude. Pour ce faire, ces travaux utilisent des modèles mathématiques sous forme de schémas blocs, intégrables sous Matlab.- Enfin, un objectif de modélisation « grand signal » : pour trancher avec l’approche petit signal de beaucoup de modélisations de microréseaux classiques, et pour permettre d’appréhender le comportement du microréseau sur une large plage de déséquilibre de puissance
The quality of an electricity grid is measured by its resilience, namely its ability to continue to provide electricity despite the incidents. This continuity of supply is ensured by the frequency control, acting as a means of cooperation between the different sources of the grid. This thesis examines in depth the different ways to ensure this frequency control on stand-alone microgrids with regard to new issues: increasing integration of intermittent energy sources and decreasing (or disappearing) of the synchronous rotating groups with their inertia. The main objective is to propose a set of analytical models explaining the dynamic behavior of the frequency and the active powers transiting on a microgrid, whatever the topology, in order to constitute an aid to the sizing. To this overall objective is added a number of sub-objectives that structure and guide this work:- An educational objective: the nature of the link between the balance of active powers and the frequency on an AC microgrid is clearly explained, whether this link is based on physical parameters or is related to control laws. The goal is to understand the different links of cause and effect between the paramers of the system, the frequency and the active power and thespecificities to each topology of microgrid. - An objective of simplicity and modularity: the models proposed must be adaptable to particular cases, so that any reader can reuse easily outside the scope of this study. To do this, mathematical models in the form of block diagrams which can be integrated in Matlab are used. - Finally, a "big signal" simulation objective: to decide with the small signal approach of many traditional microgrid models, and to make it possible to understand the behavior of the microgrid over a wide range of power imbalance

Cette thèse porte sur les problèmes de stabilité en fréquence et en tension des microréseaux isolés avec forte pénétration d'énergies renouvelables en utilisant des dispositifs de stockage d'énergie, et se divise en deux parties principales.Dans la première partie, nous proposons une conception systématique d'une structure de commande robuste multi-variable pour le réglage de fréquence dans un système de génération de puissance hybride diesel-photovoltaïque-supercondensateur fonctionnant en mode autonome. La structure de commande proposée repose sur une architecture à deux niveaux: les contrôleurs d'asservissement de courant basés sur commande PI classique sont placés sur le niveau de commande inférieur et reçoivent des références d'un niveau supérieur qui, lui, est basé sur commande H-infini. Une méthodologie compréhensive qui traduit les demandes d'ingénierie spécifiques de l'opération du microréseau dans le formalisme de commande H-infini est détaillée. Nous montrons également comment les spécifications de performance dynamiques en boucle fermée doivent à leur tour être prises en compte dans la configuration et le dimensionnement initiaux du microréseau, c'est-à-dire en choisissant de manière appropriée et en évaluant le système de stockage d'énergie. Ensuite, une analyse de performance robuste du contrôleur H-infini synthétisé en présence de diverses perturbations de charge, des variations de puissance active de la source photovoltaïque, et des incertitudes du modèle est effectuée afin de déterminer la plage de variation maximale des paramètres pour laquelle les performances de commande imposées sont respectées pour le point de fonctionnement considéré. Les simulations numériques réalisées avec MATLAB/Simulink montrent l'efficacité de la stratégie de commande robuste de fréquence proposée sur un microréseau d'ordre de quelques MVA. Un banc de test de prototypage rapide, qui est composé d'un système de stockage d'énergie réel à base de supercondensateurs et un réseau diesel-photovoltaïque-charge émulé, est développé afin de valider expérimentalement cette stratégie de commande.La deuxième partie de cette thèse se concentre sur le calcul d'un contrôleur de tension multi-variable basé sur commande H-infini afin de forcer robustement l'amplitude de tension du point de couplage commun à satisfaire des spécifications dynamiques. La même idée de la structure de commande à deux niveaux en cascade - où ce contrôleur est placé sur un niveau de commande supérieur et fournit les références de courant aux contrôleurs de courant placés sur un niveau inférieur - est également adoptée. Ensuite, la performance et la robustesse du contrôleur H-infini proposé en présence de diverses perturbations de puissance réactive de la charge et de la source photovoltaïque, ainsi que des incertitudes du modèle, sont étudiées en utilisant des simulations temporelles MATLAB/Simulink
This thesis addresses the frequency and voltage stability issues of stand-alone microgrids with high penetration of renewable energy by making use of energy storage devices, and is divided into two main parts.In the first part, we propose a systematic design of a multi-variable robust control structure for frequency regulation in a diesel-photovoltaic-supercapacitor hybrid power generation system operating in stand-alone mode. The proposed control structure relies on a two-level architecture: classical PI-based current tracking controllers are placed on the low control level and receive references from an H-infinity-control-based upper level. A comprehensive methodology that casts the specific engineering demands of microgrid operation into H-infinity control formalism is detailed. It is also shown how closed-loop dynamic performance requirements must at their turn be taken into account in the initial microgrid setup and sizing, namely in appropriately choosing and rating the energy storage system. Then, a robust performance analysis of the synthesized H-infinity controller in the presence of various load disturbances, photovoltaic output active power variations, and model uncertainties is carried out in order to determine the maximum parameter variation range for which the imposed control performances are respected for the considered operating point. Numerical simulations performed with MATLAB/Simulink show the effectiveness of the proposed frequency robust control strategy on a MVA-rated microgrid. A rapid-prototyping test bench, which is composed of a real supercapacitor-based energy storage system and an emulated diesel-photovoltaic-load grid, is developed in order to experimentally validate this control strategy.The second part of this thesis focuses on computing an H-infinity-based multi-variable voltage controller in order to robustly force the voltage magnitude of the point of common coupling to satisfy dynamic specifications. The same idea of cascaded two-level control structure - where this controller is placed on an upper control level and provides the references to current controllers placed on a lower level - is aslo adopted. Then, the performance and robustness of the proposed H-infinity controller in the presence of various load and photovoltaic reactive power disturbances, as well as model uncertainties, are studied based on MATLAB/Simulink time-domain simulations

De nos jours, lorsque les prix du pétrole deviennent considérablement chers et les émissions de CO2 augmentent rapidement, le fonctionnement du réseau devient encore plus multidimensionnel compte tenu des politiques environnementales appliquées. Compte tenu de l'ensemble des objectifs découlant de l'accord de Kyoto et d'initiatives telles que l'accord européen 20/20/20, des calendriers et des limites strictes sont imposés à tous les pays participants afin de réduire systématiquement leurs émissions de gaz à effet de serre tout en intégrant davantage de sources d'énergie renouvelables. L'énergie et la substitution des technologies de production lourdes anciennes et polluantes par des technologies plus récentes et plus respectueuses de l'environnement. Ainsi, toute la restructuration des systèmes énergétiques s'articule autour de deux axes afin d'atteindre les objectifs mentionnés, à savoir une intégration énergétique 'plus propre' et une efficacité énergétique. Afin de parvenir à une énergie plus propre, l'attention a été attirée sur les très prometteuses unités de production d'énergie renouvelable, de production combinée de chaleur et d'électricité (cogénération) et de combustibles de substitution tels que les unités de gaz naturel et les piles à combustible. L'installation de plus en plus d'unités de génération dispersée (PV, WT, FC, Micro_CHP, etc.) à proximité des consommateurs ouvre une nouvelle ère pour les systèmes énergétiques. Des microréseaux pourraient être mis à contribution pour aider le réseau à réduire ses émissions de CO2 tout en augmentant son efficacité grâce à la production locale. Les microréseaux sont définis comme des réseaux basse tension (BT) ou, dans certains cas, moyenne tension (MV), avec des sources DG, ainsi que des dispositifs de stockage et des charges contrôlables (chauffe-eau, climatisation, par exemple) avec une puissance installée totale de l'ordre de kW à quelques MW. La particularité des Microgrids réside dans le fait que, bien qu’ils fonctionnent principalement interconnectés au réseau de distribution de tension de niveau supérieur, ils peuvent être automatiquement transférés en mode isolé en cas de défaillance du réseau en amont. Cette thèse de doctorat vise à développer des méthodologies et des techniques d'analyse permettant de quantifier les avantages de la DG dans le système de microgrids, en mettant l'accent sur les problèmes et contraintes environnementaux (par exemple, différents taux de taxe sur le carbone, contraintes de CO2, SO2, NOx, facteurs d'émission d'unités de production, etc.). De plus, un logiciel de calcul approprié pour minimiser les coûts opérationnels dans le Microgrid (dans lequel des variations dans les politiques de prix sont appliquées) sera également développé. Ainsi, en évaluant des scénarios comparables, les politiques environnementales et de tarification qui contiennent une plus grande viabilité et un potentiel de réalisation seront présentées. De plus, compte tenu des paramètres ci-dessus, un problème de répartition horaire économique et environnemental est formulé afin de produire de manière optimale les calendriers de production horaires du DG de Microgrid. Le logiciel Matlab sera utilisé pour effectuer les simulations proposées (méthode de Lagrange - fonction fincon)
Nowadays where oil prices become considerably expensive and CO2 emissions increase rapidly, grid operation is becoming even more multidimensional given the environmental policies that are enforced. Given the set of goals stemming from the Kyoto agreement and initiatives like the 20/20/20 European agreement, tight schedules and boundaries are dictated, for all the participating countries in order to consistently reduce their Greenhouse Gas (GHG) emissions while integrating more renewable energy and substituting older and pollutant heavy production technologies with newer and more eco-friendly ones. Thus, the whole restructuring of the energy systems are focused in two fronts in order to achieve the mentioned goals, 'cleaner' energy integration and energy efficiency. In order to achieve cleaner energy, attention has been drawn to the highly promising RES, Combined Heat and Power (CHP) units and alternative fuels like natural gas units and Fuel Cells (FC). The installation of more and more units of Dispersed Generation-DG (PV, WT, FC, Micro_CHP, etc.) close to consumers leads to a new era for the Energy Systems. Microgrids could come into play to aid the network through CO2 emission reduction while increasing their efficiency through local generation. Microgrids are defined as Low Voltage (LV), or in some cases Medium Voltage (MV), networks with DG sources, together with storage devices and controllable loads (e.g. water heaters, air conditioning) with a total installed capacity in the range of few kWs to couple of MWs. The unique feature of Microgrids is that, although they operate mostly interconnected to the upper level voltage distribution network, they can be automatically transferred to islanded mode in case of faults in the upstream network. This doctoral thesis aims to develop methodologies and analysis techniques for the quantification of the DG’s advantages in Microgrids scheme, giving emphasis in environmental issues and constraints (e.g. various carbon tax rates, CO2, SO2, NOx constraints, emission factors of production units, e.t.c.). Moreover, suitable calculation software for minimizing the operational cost in the Microgrid (in which variations in the pricing policies are applied) will also be developed. So, by evaluating comparable scenarios, the environmental and pricing policies that contain greater viability and realization potentiality will be presented. In addition, given the above parameters, an economic-environmental hourly dispatch problem is formulated in order to optimally produce the hourly generation schedules of the Microgrid's DG. Matlab software will be used to perform the proposed simulations (Lagrange Method – fmincon function)

Comparé au réseau électrique alternatif (AC), le réseau électrique en courant continu (DC) a démontré de nombreux avantages tels que son interface naturelle avec les RES, les systèmes de stockage d'énergie et les charges en courant continu, une efficacité supérieure avec moins d'étapes de conversion, et un contrôle plus simple sans effet de peau et sans considérations sur le flux de puissance réactive. Le micro-réseaux DC reste une technologie relativement nouvelle, et ses architectures de réseau, stratégies de contrôle, techniques de stabilisation méritent d'énormes efforts de recherche. Dans ce contexte, cette thèse porte sur les problèmes de gestion de l'énergie d'un réseau électrique en courant continu (DC) multi-source dédié aux applications résidentielles. Le réseau électrique en courant continu (DC) est composé de générateurs distribués (panneaux solaires), d'un système de stockage d'énergie hybride (HESS) avec des batteries et un supercondensateur (SC), et de charges en courant continu, interconnectées via des convertisseurs de puissance DC/DC. L'objectif principal de cette recherche est de développer une stratégie avancée de gestion de l'énergie (EMS) d'améliorer l'efficacité opérationnelle du système tout en renforçant sa fiabilité et sa durabilité. Une plateforme de simulation hiérarchique de réseau électrique DC a été développée sous MATLAB/Simulink. Elle est composée de deux couches avec des échelles de temps différentes : une couche de contrôle de niveau local (échelle de temps de quelques secondes à quelques minutes en raison des comportements de commutation des convertisseurs) pour les contrôles des composants locaux, et une couche de contrôle de niveau système (avec une échelle de temps de quelques jours à quelques mois avec un test accéléré) pour la validation à long terme de l'EMS et son évaluation de performance. Dans la couche de contrôle de niveau local, les panneaux solaires, les batteries et le supercondensateur ont été modélisés et contrôlés séparément. Différents modes de contrôle tels que le contrôle de courant, le contrôle de tension et le contrôle du point de puissance maximale (MPPT) ont été mis en œuvre. Un filtre passe-bas (LPF) a été appliqué pour diviser la puissance totale du HESS : basse et haute fréquence pour les batteries et le supercondensateur. Différentes fréquences de coupure du LPF pour le partage de puissance a également été étudiée. Un EMS hybride bi-niveau combiné et un dimensionnement automatique ont été proposés et validés. Il couvre principalement cinq scénarios d'exploitation, notamment la réduction de la production des panneaux solaires, la réduction de la charge et trois scénarios via le contrôle du HESS associé à la rétention du contrôle de l'état de charge (SOC) du supercondensateur. Une fonction objective prenant en compte à la fois le coût en capital (CAPEX) et les coûts d'exploitation (OPEX) a été conçue pour l'évaluation des performances de l'EMS. L'interaction entre l'HESS et l'EMS a été étudiée conjointement sur la base d'un ensemble de données ouvertes de profils de consommation électrique résidentielle couvrant à la fois l'été et l'hiver. Finalement, une plateforme expérimentale de réseau électrique à courant continu (DC) multi-source a été développée pour valider en temps réel l'EMS. Elle est composée de quatre batteries lithium-ion, d'un supercondensateur, d'une alimentation électrique à courant continu programmable, d'une charge à courant continu programmable, de convertisseurs DC/DC correspondants et d'un contrôleur en temps réel (dSPACE/Microlabbox). Des tests accélérés ont été réalisés pour vérifier l'EMS proposé dans différents scénarios d'exploitation en intégrant des panneaux solaires réels et les profils de consommation de charge. Les plateformes de simulation hiérarchique de réseau électrique en courant continu (DC) et expérimentale, peuvent être utilisées de manière générale pour vérifier et évaluer divers EMS
Compared to the alternating current (AC) electrical grid, the direct current (DC) electrical grid has demonstrated numerous advantages, such as its natural interface with renewable energy sources (RES), energy storage systems, and DC loads. It offers superior efficiency with fewer conversion steps, simpler control without skin effect or reactive power considerations. DC microgrids remain a relatively new technology, and their network architectures, control strategies, and stabilization techniques require significant research efforts. In this context, this thesis focuses on energy management issues in a multi-source DC electrical grid dedicated to residential applications. The DC electrical grid consists of distributed generators (solar panels), a hybrid energy storage system (HESS) with batteries and a supercapacitor (SC), and DC loads interconnected via DC/DC power converters. The primary objective of this research is to develop an advanced energy management strategy (EMS) to enhance the operational efficiency of the system while improving its reliability and sustainability. A hierarchical simulation platform of the DC electrical grid has been developed using MATLAB/Simulink. It comprises two layers with different time scales: a local control layer (time scale of a few seconds to minutes due to converter switching behavior) for controlling local components, and a system-level control layer (time scale of a few days to months with accelerated testing) for long-term validation and performance evaluation of the EMS. In the local control layer, solar panels, batteries, and the supercapacitor have been modeled and controlled separately. Various control modes, such as current control, voltage control, and maximum power point tracking (MPPT), have been implemented. A low-pass filter (LPF) has been applied to divide the total HESS power into low and high frequencies for the batteries and supercapacitor. Different LPF cutoff frequencies for power sharing have also been studied. A combined hybrid bi-level EMS and automatic sizing have been proposed and validated. It mainly covers five operational scenarios, including solar panel production reduction, load reduction, and three scenarios involving HESS control combined with supercapacitor state of charge (SOC) control retention. An objective function that considers both capital expenditure (CAPEX) and operating costs (OPEX) has been designed for EMS performance evaluation. The interaction between the HESS and EMS has been jointly studied based on an open dataset of residential electrical consumption profiles covering both summer and winter seasons. Finally, an experimental platform of a multi-source DC electrical grid has been developed to validate the EMS in real-time. It comprises four lithium-ion batteries, a supercapacitor, a programmable DC power supply, a programmable DC load, corresponding DC/DC converters, and a real-time controller (dSPACE/Microlabbox). Accelerated tests have been conducted to verify the proposed EMS in different operational scenarios by integrating real solar panels and load consumption profiles. The hierarchical simulation and experimental DC electrical grid platforms can be generally used to verify and evaluate various EMS