Formalisme pour la supervision des systèmes hybrides multi-sources de générateurs d’énergie répartie : application à la gestion d’un micro réseau, Formalism for the supervision of multi-source hybrid systems of distributed energy eenerators : application to the management of a microgrid

N° d’ordre : 100

ECOLE CENTRALE DE LILLE



THESE

Présentée en vue
d’obtenir le grade de


DOCTEUR

en

Spécialité : Génie Electrique

par

Peng LI


DOCTORAT DELIVRE PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE


Titre de la thèse :
Formalisme pour la Supervision des Systèmes Hybrides
Multi-Sources de Générateurs d’Energie Répartie :
Application à la Gestion d’un Micro Réseau


Soutenue le 19 juin 2009 devant le jury d’examen :

Président Jean-Paul HAUTIER, Professeur, ENSAM ParisTech
Rapporteur Bernard MULTON, Professeur des Universités, ENS de Cachan
Rapporteur Jean-Claude VANNIER, Professeur, SUPELEC
Membre Didier MAYER, Professeur, MINES ParisTech
Membre Xavier LE PIVERT, Expert sénior, CEA-INES
Codirecteur de thèse Benoît ROBYNS, Professeur, L2EP, HEI
Codirecteur de thèse Philippe DEGOBERT, Maître de Conférences, L2EP, ENSAM ParisTech
Directeur de thèse Bruno FRANCOIS, Maître de Conférences HDR, L2EP, E.C.Lille


Thèse préparée dans le Laboratoire L2EP, EA2697
Ecole Doctorale SPI 072
tel-00577099, version 1 - 16 Mar 2011
tel-00577099, version 1 - 16 Mar 2011Remerciements


Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire ont été effectués au Laboratoire
d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (L2EP) dans le cadre du Centre
National de Recherche Technologique (CNRT).

Tout d’abord, je tiens à remercier Bruno François, Maître de conférence HDR à l’Ecole
Centrale de Lille et directeur de cette thèse pour le soutien qu’il a bien voulu m’accorder tout au
long de la thèse. Je le remercie pour ses aptitudes pédagogiques dont il a fait preuve, pour ses
remarques constructives, pour la qualité des discutions qui ont ponctuées ce travail. Je le
remercie également pour son aide précieuse et continuelle pendant la rédaction de ce mémoire.
Sans lui, ce travail n’aurait peut-être pas abouti.

Je remercie aussi Philippe Degobert, Maître de Conférences au centre Arts et Métiers
ParisTech de Lille, pour sa proposition de thèse très intéressante, pour l’orientation scientifique
pendant ce travail, et pour son soutien dans mes publications et différentes expérimentations.

Je remercie à Benoît Robyns, Professeur à HEI, Responsable de l’Equipe Réseaux du L2EP,
pour ses discutions et propositions constructives.

Pour leur participation à l’évaluation scientifique de ces travaux, je tiens également à
remercier :
- Bernard Multon, Professeur à l’ENS de Cachan, et Jean-Claude Vannier, Professeur à Supélec,
pour avoir accepté d’être rapporteur et juger ce travail ;
- Jean-Paul Hautier, Professeur à l’ENSAM ParisTech, pour avoir accepté d’être président dans
le jury.
- Didier Mayer, Professeur aux MINES ParisTech, et Xavier Le Pivert, Expert sénior à
CEA-INES, pour avoir accepté d’être dans le jury.

Je remercie également à Xavier Guillaud, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille, pour
l’intérêt qu’il a porté à ce travail, et pour son aide au niveau de l’expérimentation.

Je remercie à tous les docteurs et doctorants qui travaillent sur la plate-forme « Energies
Réparties » du centre Arts et Métiers ParisTech de Lille, Frédéric Colas, Fabrice Locment,
Remy Ghislain, Fouad Salha, Vincent Courtecuisse et Firas Alkhalil pour leur collaboration et
leur aide pour ce mémoire.

Je ne peux pas clore mes remerciements sans rendre un hommage à toute l’équipe du
laboratoire ainsi qu’à tous ceux qui ont contribué à la concrétisation de ce travail.

Je ne voudrais pas oublier tous les doctorants et docteurs du laboratoire pour leur
sympathie et pour la bonne ambiance de travail au sein du laboratoire : Antoine Bruyère, Julien
Gomand, Olivier Ruelle, Yvan Crévits, Walter Lhomme, Keyu Chen, Tao Zhou, Sangkla
Kreuawan, Di Lu, Ling Peng, He Zhang, Hicham Fakham, Guillaume Krebs, Richard
Demersseman, Roman Gaignaire, Alain Bouscayrol, Xavier Kestelyn, Eric Semail, Richard
Béarée, Stéphane Clénet et Michel Bertrand.

A cette occasion, j’aimerais également remercier à Robert Bausière, Professeur à
l’Université des Sciences et Technologies de Lille, pour m’avoir accueilli en Master Recherche ;
I
tel-00577099, version 1 - 16 Mar 2011Philippe Delarue, Maître de Conférence à l’Université des Sciences et Technologies de Lille, et
Philippe Le Moigne, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille, pour leurs encadrements en stage
de Master Recherche.

Enfin, que ce mémoire soit pour moi l’occasion d’exprimer toute ma reconnaissance à ma
famille, surtout à mon épouse Ying, pour leur patience et le soutien réel qu’elle m’a apporté
pendant ces années.


II
tel-00577099, version 1 - 16 Mar 2011Table des matières
Table des matières ................................................................................................................. III
Nomenclatures des acronymes et conventions.....................................................................XI
Introduction générale............................................................................................................... 1
Partie I Méthodologie de conception des supervisions locales et dispositifs de
commande des unités de production et de stockage ........................................................... 7
Présentation des objectifs et méthodologie ................................................................................ 8
Chapitre I. Formalismes existants et leurs limites .............................................................. 11
I.1. Introduction................................................................................................................ 12
I.2. Principe général pour la modélisation des processus................................................. 12
I.2.1. Notion de processus ........................................................................................ 12
I.2.2. Objectifs de la modélisation............................................................................ 13
Modèles de connaissance ................................................................................. 13
Modèles de représentation................................................................................ 13
Modèles pour l’optimisation 13
Modèlea conception de la commande .................................................. 13
I.2.3. Différents types de modèles 14
Modèles mathématiques................................................................................... 14
Modèle d’état.................................................................................................... 14
Modèles de données (Fichiers)......................................................................... 14
Modèles à base de règles (Linguistique).......................................................... 14
Modèles graphiques.......................................................................................... 14
I.2.4. Quelques exemples de modèles graphiques.................................................... 15
Les schémas fonctionnels................................................................................. 15
Les graphes de fluence ..................................................................................... 15
Les réseaux de Petri et les Grafcets.................................................................. 15
Le Bond Graph................................................................................................. 16
Le GIC (Graphe Informationnel Causal) ......................................................... 16
La REM (Représentation Energétique Macroscopique) .................................. 16
Autres outils graphiques................................................................................... 16
I.3. Application à la modélisation et à la commande d’un système de production à base de
turbine à gaz ..................................................................................................................... 16
I.3.1. Présentation de l’étude.................................................................................... 16
I.3.2. Modélisation de la micro turbine .................................................................... 17
Conversion de l’énergie primaire...