Conception, gestion et contrôle temps réel de systèmes électriques complexes

Nous nous intéressons à la décentralisation de la production électrique et à sa variabilité (éolien, photovoltaïque (PV), houlogénération).

Nos travaux ont mis en évidence que l’impact négatif des erreurs de prévision des sources variables peut être considérablement limité par le pilotage d’un stockage et/ou des charges pilotables. En effet, les collaborations locales, entre « agents », permettent de profiter pleinement de leurs potentiels, notamment en termes de soutenabilité, mais également de favoriser les échanges locaux et de réduire les contraintes sur le réseau électrique.

Nous avons mené ce type d’études sur différents systèmes :

• Fermes de houlogénérateurs directs avec système de lissage par supercondensateurs (ANR QUALIPHE)
• Fermes d’éoliennes avec stockage (partenariat EDF R&D),
• Système collaboratif ferme PV – flotte de véhicules électriques (collaboration avec LANGA Solar et Météo France).

Nous menons des travaux intégrant à la fois le caractère stochastique des profils temporels et les approches de gestion optimisée distribuées (et leur comparaison par rapport aux approches centralisées), ainsi que le coût sur cycle de vie des composants les plus vulnérables (convertisseurs statiques et systèmes de stockage/lissage). Nous recherchons des mécanismes adaptés d’échanges d’électricité et de gestion décentralisée (approches peer-to-peer et multi-agents adaptatifs) en tenant compte de l’évolution du réseau électrique et de la réaction imparfaite des dispositifs intelligents et communicants (défaut de fiabilité, temps de latence). Là encore, en nous appuyant sur des modèles stochastiques.

Nous menons travaux sur le domaine du bâtiments (résidentiel) en vue de développer des stratégies de gestion énergétique considérant les usages et la qualité de l’air. Nous nous appuyons sur la modélisation des équipements en tenant compte de l’impact thermique des appareils électriques, et sur des mesures in situ. Grâce à une collaboration de long terme avec la société SOMFY nous disposons de mesures en usages réels de paramètres d’intérêt (température, CO2, humidité, irradiance solaire…) sous forme de séries temporelles dans plusieurs logements.

Les composants numériques de type FPGA SoC ont connu d’importantes évolutions ces dernières années, tant au niveau de leurs architectures internes que des outils de développement associés. Nous appliquons ces solutions pour la commande et la simulation temps-réel embarquées de systèmes électriques.

Concernant la commande des systèmes électriques, les algorithmes actuels sont de plus en plus complexes et incluent de multiples fonctionnalités telles que des observateurs/estimateurs, des algorithmes de diagnostic et de surveillance du système… Pour répondre à cette montée en complexité, il faut donc mettre en œuvre des calculateurs suffisamment puissants mais à bas coût, tout en préservant la bande passante du contrôleur. Des exigences auxquelles les plateformes de type FPGA SoC peuvent répondre avec succès.

La simulation temps-réel ou plus précisément la validation HIL (Hardware-In-the-Loop) recèle quant à elle un réel potentiel car elle constitue un intermédiaire quasi incontournable entre une simulation purement logicielle et un test purement expérimental. Plus concrètement, il s'agit de développer et de remplacer le système ou une de ses parties par des modèles temps réel. Notre réflexion sur ce thème vise à rechercher comment atteindre un haut niveau de fidélité et de représentativité de ces modèles, mais aussi comment maitriser leur implantation de façon à les rendre plus rapides et parfaitement synchronisés. Nous ajoutons à ces deux problématiques une contrainte supplémentaire portant sur « l'embarquabilité » des modèles temps-réel.