Optimisation de l’architecture et gestion des flux énergétiques d’un système de production d’énergie de sources renouvelables avec stockage et connecté au réseau de distribution.

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Optimisation de l’architecture et gestion des flux énergétiques d’un système de
production d’énergie de sources renouvelables avec stockage et connecté au réseau de
distribution.
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Image Signal et Automatique

Lieu de travail
Laboratoire d’Informatique et d’Automatique pour les Systèmes (LIAS)
Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Poitiers (ENSIP) – Université de Poitiers
Date Limite de candidature : 16/05/2013
Laboratoire d’accueil : LIAS

Présentation de l’équipe de recherche
Equipe: Automatique & Système
Groupe: Gestion des énergies renouvelables et réseaux intelligents (GEN2RI)
Les principaux thèmes abordés actuellement dans ce groupe se décomposent autour des axes principaux
énoncés ci-dessous:
– optimisation multicritère pour le dimensionnement de systèmes hybrides de production renouvelable;
– analyse et gestion des flux d’énergies dans les configurations isolées ou connectées au réseau de
distribution;
– optimisation des architectures et développement de topologies innovantes de convertisseurs de puissance;
– maximalisation de l’extraction de puissance des structures de production décentralisée dans des conditions
défavorables;
– modélisations et élaborations de commandes avancées des convertisseurs de puissance;
– surveillance et quantification de la qualité de l’énergie des réseaux électriques;
– évaluation des marges fonctionnelles entre énergie et signal sur un réseau de distribution basse tension.

Résumé de la thèse en français
L’objectif de ce travail de thèse est d’élaborer des micro-réseaux continus couplés à un réseau alternatif de
distribution, dans le cadre de l’habitat résidentiel ou tertiaire, basés sur une production décentralisée issue
des énergies renouvelables avec un stockage. Les principales tâches seront l’optimisation de l’architecture
globale, de la gestion des flux énergétiques et la conception de commande avancées des convertisseurs de
puissance. Une attention particulière sera portée sur le contrôle du bus continu avec une connexion directe
des charges usuelles à partir du réseau continu interne et en incluant la problématique des véhicules
électriques mobiles.

Résumé de la thèse en anglais
This thesis work objective is to develop internal DC micro grid coupled with alternative distribution network
in detached or group housing, based on a decentralized production from renewable energies with storage.
The main tasks will be the optimization of the overall architecture, the energy power flow management and
the design of advanced control power converters. Particular attention will be given to the control of the
continuous bus with usual loads directly connected to the continuous internal network and including the
problematic of electric vehicles.

Description complète du sujet de thèse
Contexte et motivations:
Suite au projet de recherche sur 3 ans (2008-2010) avec la région Poitou-Charentes intitulé:
“Développement et gestion d’un système d’énergies renouvelables multi sources pour l’habitat résidentiel”,
nous avons développé des compétences dans le domaine de l’intégration et de la gestion des systèmes de
production décentralisée multi sources sur des réseaux électriques locaux, interconnectés ou autonomes et
élaboré différents prototypes expérimentaux d’architectures de conversion d’énergie au sein du laboratoire.
Une thèse a été soutenue en décembre 2010, une autre en 2012 et une troisième sera soutenue fin 2013.
Toujours dans le conditionnement et l’amélioration de la qualité de l’énergie électrique, l’encadrement
d’autres thèses soutenues récemment et des collaborations transverses m’ont permis d’acquérir des
compétences sur la synthèse et l’expérimentation de lois de commande originales des convertisseurs de
puissance dédiées à l’optimisation et à la gestion de l’énergie électrique. Ce sujet de recherche est en
connexion avec les thématiques de l’action SmartGrid de la fédération MIRES et du programme CMEP PHC
TASSILI de la coopération scientifique franco-algérienne.
De plus, dans le cadre de ces travaux un investissement conséquent a été consenti sur le développement de bancs de test au niveau du laboratoire LIAS consacrés à la gestion des systèmes de
production basés sur les énergies renouvelables et du stockage permanent ou transitoire. Ainsi, des émulateurs de puissance d’éoliennes et de panneaux photovoltaïques ont été élaborés, une série de deux types de panneaux photovoltaïques est également disponible ainsi que des convertisseurs de puissance et les équipements associés. Il est à noter l’acquisition récente d’un simulateur temps réel de type Opal RT-LAB en vue d’établir une plateforme technologique pour la qualité de l’énergie dans les réseaux électriques du futur.
Cet outil ouvre de nouvelles perspectives telles que le prototypage rapide et la simulation HIL (Hardware In
the Loop) dans des configurations quasiment illimitées.

Description du sujet de thèse:
Les topologies de l’électronique de puissance sont essentielles pour gérer les flux d’énergie entre la
production décentralisée issue des énergies renouvelables multi sources et les réseaux de distribution et garantir aussi bien les plans de tension, la stabilité de la fréquence que la qualité de l’onde et cela malgré les effets d’intermittence des sources. Dans cette thèse, nous proposons d’élaborer un micro réseau continu, incluant un ou des élément(s) de stockage, dans une configuration connectée au réseau de distribution afin d’assurer la continuité du service. L’application visée est l’habitat résidentiel ou tertiaire qui possède un potentiel de développement à grande échelle et qui doit tendre vers une notion de bâtiment durable. De plus, l’introduction croissante de systèmes communicants autorise une gestion intelligente de l’énergie. Un premier aspect consiste à insérer des accumulateurs afin de développer ces micro-réseaux continus couplés à
un réseau alternatif de distribution, ce concept englobe le potentiel énergétique des véhicules électriques en
tant que source ou charge. L’ajout de supercondensateurs sur le bus continu est aussi envisagé pour écrêter
de manière dynamique les pointes de production ou les transitoires de consommation. Une prolongation innovante est de disposer les charges usuelles directement au niveau du bus continu, architecture bien plus appropriée pour un réseau interne à l’habitat et éliminant naturellement une grande partie de la pollution locale, et garantir une continuité d’alimentation des charges continues via les sources renouvelables ou le convertisseur bidirectionnel connecté sur le réseau de distribution. Le réseau de distribution reçoit donc l’énergie excédentaire produite par les sources renouvelables et la fournit dans les phases où les conditions atmosphériques sont défavorables et le stockage global insuffisant. La régulation du bus continu et la gestion des flux énergétiques doivent permettre de répondre à toutes les sollicitations dynamiques et garantir un courant injecté ou absorbé sur le réseau alternatif de qualité. La gestion optimale des flux ainsi que le contrôle des structures d’électronique de puissance feront appel à des commandes d’automatique avancée et s’effectueront dans le cadre de recherches transverses innovantes entre membres automaticiens et génie électrique du laboratoire. Ces nouvelles architectures proposées s’insèrent pleinement dans le concept des Smart Grids ou réseaux intelligents du futur, aptes à gérer des systèmes énergétiques plus décentralisés et
diversifiés.

Objectifs scientifiques de la thèse
Les principaux objectifs fixés dans le cadre de cette thèse peuvent se résumer ainsi:
– favoriser le développement des systèmes de production d’énergie électrique à base de sources d’énergies
renouvelables;
– promouvoir des thématiques de recherche transverses et innovantes entre automaticiens et électrotechniciens sur un système applicatif complexe et ambitieux.
– développer des compétences affirmées pour notre unité de recherche dans le domaine de l’intégration et de
la commande avancée des systèmes de production décentralisée multi sources sur des réseaux ou micro
réseaux électriques locaux, interconnectés ou autonomes;
– élaborer et valider le concept d’un micro réseau continu basé sur la production d’énergie électrique multi
sources renouvelable avec stockage au sein d’un laboratoire de recherche universitaire et contribuer au
développement de bâtiments durables;
– entreprendre des collaborations scientifiques avec nos partenaires pour inclure les systèmes communicants
afin de tendre vers les bâtiments intelligents et son interaction avec les réseaux intelligents;
– exercer le rôle d’expert et de support de conception sur les systèmes micro réseau continu intégrant des
énergies renouvelables dans des programmes de recherche nationaux ou internationaux et à l’attention des
développeurs industriels potentiels.

Compétences à l’issue de la thèse
Le candidat aura développé des compétences pluridisciplinaires en automatique, électronique de puissance et en informatique pour la simulation et l’implémentation en temps réels des algorithmes de commande.
L’expérience acquise lors des validations expérimentales sur les différents bancs de test du laboratoire sera un atout pour son parcours professionnel. Il aura une vision générale des systèmes d’intégration des énergies renouvelables et sera en mesure d’appréhender des projets industriels ou académiques relevant de ces différentes compétences. Son expertise lui permettra d’identifier les verrous restants et énoncer des perspectives explicites.

Mots clés (séparés par des virgules)
énergies renouvelables, systèmes multi sources, micro réseau DC, convertisseurs de puissance,
algorithmes de contrôle avancés, stratégie optimale, contrôle des flux énergétiques.
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Formation en Automatique et Génie Électrique
Issu d’une formation en Automatique et Génie Électrique, le candidat devra avoir une bonne connaissance
des architectures d’électronique de puissance pour la maîtrise de l’énergie électrique et des méthodes de
commande avancées pour piloter ces systèmes. Ce sujet requiert donc des compétences pluridisciplinaires en
automatique, électronique de puissance et en informatique pour la simulation et l’implémentation en temps
réel des algorithmes de commande. Des notions et une expérience sur le logiciel scientifique Matlab-
SimulinkTM sont souhaitées. Le candidat devra avoir une approche méthodique et rigoureuse dans la conduite
de ses investigations et un intérêt réel pour le fonctionnement en équipe. Une bonne maîtrise de l’anglais est
indispensable.

Directeur de thèse
Jean-Paul GAUBERT, Maître de Conférences HDR

Adresse mail du directeur de thèse : jean.paul.gaubert@univ-poitiers.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 49 45 34 68

Co-directeur de thèse
Patrick COIRAULT, Professeur
Driss MEHDI, Professeur

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