Gestion et optimisation d'énergie électrique avec tolérance aux défauts d'un système hybride PàC/ batterie PDF Download
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Author: Bachir Bendjedia
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Book Description
Le travail de cette thèse s'inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d'énergie résiliente aux défauts d'un système multi-sources (hybride) pour l'alimentation d'un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d'une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d'une batterie Li-ion. L'étude réalisée sur le dimensionnement montre l'intérêt de l'hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L'intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l'autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s'est intéressé à l'influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d'hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d'une stratégie de gestion d'énergie originale basée sur la prise en compte de l'état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d'énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l'utilisation d'un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d'hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d'énergie, le système n'est pas à l'abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d'assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé.
Author: Bachir Bendjedia
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Languages : fr
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Book Description
Le travail de cette thèse s'inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d'énergie résiliente aux défauts d'un système multi-sources (hybride) pour l'alimentation d'un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d'une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d'une batterie Li-ion. L'étude réalisée sur le dimensionnement montre l'intérêt de l'hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L'intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l'autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s'est intéressé à l'influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d'hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d'une stratégie de gestion d'énergie originale basée sur la prise en compte de l'état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d'énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l'utilisation d'un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d'hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d'énergie, le système n'est pas à l'abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d'assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradé.
Author: Riadh Abdelhedi
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Ce travail contribue à l'optimisation d'un système de stockage hybride couplant une batterie lithium-ion et des supercondensateurs pour les véhicules électriques. La complémentarité entre ces deux sources d'énergie permet l'amélioration des performances globales du système. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de techniques avancées de contrôle et de gestion de l'énergie. Notre objectif est d'avoir une meilleure utilisation du système de stockage. Dans ce cadre, notre démarche est de développer une gestion d'énergie en temps réel qui tient compte des contraintes électriques et thermiques des systèmes de stockage. Une étude comparative sur les avantages et les inconvénients de différentes techniques de gestion d'énergie nous a permis d'effectuer le choix entre un partage de puissance à moindre coût et un partage performant de l'énergie entre les systèmes de stockage. Un banc expérimental a été mis en oeuvre afin de concrétiser la démarche théorique.
Author: Mahamadou Abdou Tankari
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Languages : fr
Pages : 145
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Ces travaux de thèse, financés par la Région Haute Normandie à travers l'Université du Havre et le laboratoire GREAH, rentrent dans le cadre des activités de recherches développées au laboratoire GREAH depuis plusieurs décennies en matière d'intégration des sources d'énergies renouvelables dans les systèmes de production électrique et de stockage d'énergie. Le système hybride étudié est constitué d'une éolienne, d'un générateur diesel, de panneaux photovoltaïques, d'un banc de supercondensateurs et d'un banc de batteries acide-plomb le tout alimentant un site insulaire donné (consommateurs). L'éolienne et les panneaux photovoltaïques sont régulés à leur puissance maximale afin d'augmenter la part des énergies renouvelables. Les fluctuations de l'énergie éolienne sont reparties entre les supercondensateurs et les batteries selon la dynamique de chaque source. La présence des supercondensateurs réduit le nombre des cycles de charges et de décharges de la batterie, améliorant ainsi sa durée de vie tout en réduisant sa taille. En effet, les batteries constituent le maillon faible du système hybride. Pour cela, nous proposons une méthode d'estimation de sa durée de vie. Le générateur diesel est interfacé par des convertisseurs d'électronique de puissance afin de réguler la tension du bus continu tout en compensant le déficit d'énergie. Les fluctuations induites par le courant éolien étant absorbées par les sources de stockage, le générateur diesel compense uniquement les puissances de basses fréquences compatibles avec sa dynamique. Ceci améliore les performances du moteur diesel, réduit la consommation en fuel et les coûts de maintenance tout en augmentant sa durée de vie. Les lois de contrôle des convertisseurs et de gestion du transfert de l'énergie sont élaborées à partir d'une étude des caractéristiques technologiques des différents constituants du système. Une modélisation et un dimensionnement du système physique nous permet de mieux organiser la mise en œuvre expérimentale et la réalisation des convertisseurs d'électronique de puissance avec leurs dispositifs d'acquisition et de commande. Au cours des expérimentations, les différentes sources sont insérées dans le système de manière évolutive afin de mettre en évidence les contraintes et les interactions introduites par chaque source interconnectée. Ceci nous permet aussi de développer les solutions adaptées à chaque situation afin de continuer les expérimentations de manière efficiente. En effet, l'insertion d'une nouvelle source perturbe généralement la stabilité du système et nécessite souvent un réajustement des paramètres des régulateurs du système global. Les analyses des résultats expérimentaux mettent en évidence l'efficacité de la stratégie proposée pour la gestion de l'énergie et le contrôle des convertisseurs.
Author: Chaima Ghanjati
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L'intégration des sources d'énergies renouvelables dans le mix énergétique et les réseaux électriques constitue un défi du fait de leur intermittence et de leur coût d'installation. Il est donc important de prendre en compte la nature intermittente des sources d'énergies renouvelables lors de l'analyse de leur interaction avec les sources d'énergies conventionnelles et le réseau de distribution. Les objectifs principaux de cette thèse sont le contrôle d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et l'optimisation de la gestion des flux d'énergies dans un tel système. En premier lieu, une loi de commande IDA-PBC basée sur la passivité est développée pour contrôler les convertisseurs d'interface DC/DC et DC/AC au sein d'un micro-réseau à courant continu à énergies renouvelables intégré au réseau et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batterie/supercondensateur. Cette commande permet de maintenir un courant stable sans perturbations dans la batterie et le réseau et de stabiliser la tension de bus continu. En second lieu, une méthode de dimensionnement est élaborée pour un micro-réseau autonome à courant continu alimenté par une source photovoltaïque et disposant d'un système de stockage d'énergie hybride batteries/pompage hydraulique. Cette étude s'intéresse également à l'optimisation de la gestion d'énergie au sein de ce système. En dernier lieu, une méthodologie d'optimisation multi-objectifs par algorithme génétique est proposée pour optimiser le dimensionnement de ce micro-réseau. Les critères d'évaluation de la configuration optimale du micro-réseau (capacité photovoltaïque, capacité des batteries et capacité du réservoir supérieur d'eau) sont la probabilité de perte de charge LPSP et le coût actualisé de l'énergie LCE.
Author: Daniel Yamegueu Nguewo
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Languages : fr
Pages : 168
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Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la validation du concept « Flexy Energy » developpé par le laboratoire Energie Solaire et Economie d'Energie de la fondation 2iE. qui consiste en la production décentralisée d'électricité via les centrales hybrides PV/diesel (gasoil et biocarburant) sans stockage d'énergie dans les batteries d'accumulateurs et avec une gestion intelligente de la production et des charges à alimenter. Une installation pilote basée sur ce concept, constituée d'un groupe électrogène de 11,5 kVA couplé à un champ PV de 2,85 kWc via un onduleur de 3,3 kW, a été mise en place dans le cadre de cette thèse. L'étude expérimentale du prototype «Flexy Energy» a permis dans un premier temps d'évaluer les performances du système (consommation spécifique du groupe Diesel et production du champ PV) pour différents profils de charge et d'ensoleillement. Cette partie de l'étude a fait ressortir la nécessité d'une gestion intelligente de la production et des charges au sein du système afin de toujours lui garantir une meilleure efficacité quelles que soient les conditions de charge. Ensuite, l'étude expérimentale a porté sur l'impact du générateur PV sur les paramètres électriques du réseau local. A ce niveau les distorsions harmoniques (en tension et en courant) ainsi que la stabilité de la tension du réseau ont été étudiés. La dernière partie de cette thèse a consisté en la modélisation et l'optimisation des systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage. Le travail réalisé ici se positionne comme un premier pas vers des applications numériques (solutions logicielles ou progicielles) en mesure de dimensionner et d'optimiser les systèmes hybrides PV/Diesel sans stockage avec une gestion intelligente de laproduction et des charges.
Author: Benoît Robyns
Publisher: ISTE Group
ISBN: 178405187X
Category : Electric power systems
Languages : fr
Pages : 313
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Les technologies modernes de stockage de l’énergie électrique sont un élément clé du développement durable. Elles permettent désormais d’envisager le déploiement de véhicules électriques aux performances acceptables et une électrification croissante de certains systèmes de transport tels que les aéronefs. Cet ouvrage met en évidence l’importance du stockage de l’énergie électrique dans un contexte de déploiement de réseaux électriques intelligents appelés smart-grids. Ces réseaux interagissent de façon croissante avec certains systèmes de transport tels que les véhicules électriques et hybrides rechargeables, les trains, métros, trams et bus électriques. Dans une démarche pédagogique, cet ouvrage présente les outils méthodologiques pour construire un système de gestion énergétique du stockage. Ces outils basés sur de l’intelligence artificielle et des techniques d’optimisation explicite sont analysés à travers des études de cas concrets. Gestion et valorisation du stockage de l’énergie électrique dans les systèmes de transport expose diverses applications intégrant des technologies modernes de stockage – les réseaux embarqués en aéronautique, l’intégration des véhicules électriques dans le réseau électrique, les véhicules hybrides ou encore la traction ferroviaire hybride et ses installations.
Author: Rémi Bourbon (doctorant en génie électrique).)
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Les énergies renouvelables (ER) représentent le futur de la production électrique dans le contexte climatique actuel. Il existe cependant encore de nombreux freins à leur développement. La balance production/consommation doit être maintenue en permanence sur un réseau électrique pour maintenir un réseau « stable » en tension et fréquence. Les ER sont, pour la plupart, des sources intermittentes et difficilement prévisibles. Stocker de l'énergie électrique est difficile et couteux, ce qui limite leur taux d'intégration dans le mix énergétique mondial. Cette problématique est exacerbée dans un milieu insulaire tel que la Guadeloupe. Afin de répondre à cette problématique, des smart-grid et micro-réseaux sont utilisés afin que les producteurs ne soient plus seulement des producteurs d'énergie, mais des acteurs de la stabilité du réseau grâce à desservices : Engagement de production, délestage, réserve primaire/secondaire... Le travail proposé dans ce manuscrit s'inscrit dans cet axe : l'objectif est d'étudier une centrale de production éolienne couplée à un système de stockage énergétique, dans le cadre d'un engagement de production à J-1 sur un réseau insulaire. Le producteur doit s'engager, la veille pour le lendemain (J-1), sur le profil de puissance que fournira la centrale au cours de la journée en fonction de ses prévisions de production. Ce type de contrat prévoit un tarif avantageux si le producteur respecte son engagement, et le non-paiement de l'énergie fournie en cas de défaut d'engagement. C'est-à-dire quand la puissance produite n'est pas comprise dans une bande de tolérance autour de l'engagement pris la veille. Afin de respecter au mieux son engagement, malgré les erreurs de prévisions éventuelles, le producteur dispose de système de stockage d'énergie (SSE). L'étude proposée s'axe autour de deux problématiques principales : - La gestion du SSE au cours de la journée afin de maximiser les gains du producteur - La prise d'engagement effectuée à J-1 L'objectif étant d'obtenir des résultats robustes sur des horizons temporels grand (annuels). Pour la gestion du SSE, des méthodes de gestion heuristiques (à base de règles) et optimales basées sur la programmation linéaire avec variables binaires (Mixed Integar Linear Programming : MILP) ont été utilisées. Elles ont permis de montrer que la méthode MILP donnait des résultats concluant même lorsque ceux-ci était transposé sur des modèles non linéaires plus complexes. L'analyse du comportement de la MILP a aussi permis d'améliorer les méthodes de gestion heuristique jusqu'à présent étudiées. Pour la prise d'engagement, une nouvelle modélisation utilisant la MILP a aussi été employée et comparée à un algorithme évolutif. Les algorithmes utilisés optimisent l'engagement en parallèle de la gestion des SSE, pour de multiples scénarios. L'analyse de l'erreur de prévision a permis de développer un générateur de production aléatoire, nécessaire pour pouvoir réaliser l'optimisation et l'évaluation des solutions obtenues. Les résultats obtenus ont pu être testé sur des centaines de scénarios différents, afin d'éprouver leur robustesse. La MILP s'est montrée la plus performante, mais la différence obtenue avec des méthodes basées sur le bon sens étaient relativement faible. Cette étude a surtout mis en avant la faible sensibilité de la prise d'engagement sur les résultats dans les différents cahiers des charges pris en compte. L'utilisation des méthodes de gestion développées au préalable pour cette étude a tout de même permis de montrer que les méthodes développées (MILP et heuristique améliorées) étaientrobustes aux variations d'engagement pour des centaines de scénarios différents pour une année entière. La modélisation MILP s'est montrée performante et prometteuse afin d'aider à l'intégration des ER sur le réseau électrique du futur. Cette intégration est en bonne voie malgré les nombreuses problématiques qu'il reste à résoudre : dimensionnement, vieillissement, etc.
Author: Ivan Kravtzoff
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Book Description
Les préoccupations environnementales grandissantes nous ont conduits à faire des efforts pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, notamment dans le domaine de la production de l'énergie électrique. C'est dans ce contexte que Leroy Somer a lancé des recherches sur les groupes électrogènes hybrides afin de minimiser la consommation de carburant et les coûts d'exploitations. Pour aborder les questions du dimensionnement des ressources matérielles et de leur utilisation optimale, une méthodologie est développée dans cette thèse. La recherche de la stratégie de gestion de l'énergie optimale est basée sur l'algorithme de programmation dynamique de Bellman. Elle sera associée à un algorithme d'optimisation à évolution différentielle pour optimiser le dimensionnement de la structure hybride. Les fonctions de coûts des optimisations sont obtenues par le développement de modèles énergétiques et économiques. Grâce à cette méthode, nous montrons que les gains d'un groupe électrogène hybride sont fortement liés à l'utilisation que l'on aura de celui-ci. Dans les cas où le groupe électrogène est utilisé sur des profils avec de faibles facteurs de charge, les gains pourront être conséquents. Il sera donc primordial de bien connaitre les profils de charge de l'application avant de dimensionner la structure tout entière du groupe électrogène hybride. Les travaux ont également débouché sur une mise en œuvre expérimentale qui a pu valider les premiers résultats obtenu lors des simulations.
Author: François Kremer
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Book Description
Le stockage de l'énergie électrique est aujourd'hui en plein essor car il semble être l'une des conditions nécessaires pour soutenir le développement des énergies renouvelables intermittentes dans les réseaux électriques. Il est en concurrence, entre autres, avec des sources de flexibilité historiques telles que les stations de pompage ou les centrales électriques à gaz. Les travaux de cette thèse consistent en l'hybridation de deux sources, à savoir le stockage de l'énergie sous forme électrique (batterie lithium-ion) et un cycle combiné (centrale de cogénération gaz-vapeur), afin d'améliorer la stabilité des réseaux et l'exploitabilité de la centrale. Les principaux objectifs sont de préciser les spécifications du système (fonctions, technologie de stockage, pré-dimensionnement), de créer un modèle de batterie lithium-ion configurable à partir des données du fabricant et de définir la stratégie de contrôle de l'hybride. La méthodologie de pré-dimensionnement s'inspire à la fois des travaux similaires réalisés par Gauthier Delille, et de l'expérience de General Electric, constructeur de cycles combinés, pour orienter ces systèmes vers des solutions adaptées. Au cours de la phase de dimensionnement détaillé, les travaux ont abouti à la création d'un modèle de batterie lithium-ion orienté "système" qui peut être mis en œuvre dans le logiciel temps réel de GE. Ce modèle, validé par des tests dans le laboratoire GREEN, obtient une précision correcte d'environ 95% (sur la tension et l'énergie des cellules). Enfin, la gestion de l'énergie de ce système hybride est réalisée en intégrant un nouveau contrôleur dans la centrale électrique qui fournit les instructions aux systèmes de stockage en traitant à la fois les données internes de la centrale et celles mesurées aux bornes du stockage. Le choix a été orienté vers des commandes simples (statisme, PI, etc.) couplées à un algorithme de logique floue. Celui-ci a été configuré en utilisant l'optimisation génétique sur des données provenant d'une centrale électrique existante. Malgré plusieurs contacts encourageants avec des clients potentiels qui se sont montrés intéressés par un tel système, aucun prototype n'a pu être construit.
Author: Eiko KRüGER
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Book Description
Les limites des ressources d'énergies fossiles et la perspective imminente du changement climatique ont mené les pays de l'Union Européenne à engager une restructuration du secteur électrique vers un approvisionnement en énergie fiable, économique et durable. Dans cette optique de transition énergétique, les systèmes de stockage d'énergie peuvent faciliter l'intégration des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Ils permettent de stocker l'énergie produite par les sources renouvelables pour décaler sa fourniture aux réseaux électriques et compenser les fluctuations aléatoires de la puissance. Par ce lissage de la production des sources intermittentes, les systèmes de stockage transforment ces dernières en centrales mieux contrôlables et plus prévisibles ce qui leur permet de participer aux marchés d'électricité et aux services systèmes.Afin de garantir le respect des plans de production et des engagements pris envers le gestionnaire du réseau, les centrales de production renouvelables équipées d'un système de stockage ont recours à un système de gestion d'énergie. Alors que le contrôle rapproché assure le respect de la consigne instantanée de production, la gestion d'énergie utilise des méthodes d'optimisation sous contraintes issues de la recherche opérationnelle pour planifier le fonctionnement des systèmes de stockage. Le plus souvent, un arbitrage est nécessaire entre les exigences du fonctionnement et la complexité du modèle utilisé. Les modèles de batterie, qui présentent un comportement non-linéaire, doivent être simplifiés en vue de les intégrer dans les algorithmes d'optimisation les plus courants. De plus, les modèles précis et particulièrement ceux qui sont basés sur une modélisation physico-chimique de la batterie exigent des tests de caractérisation chronophages réalisés dans des conditions contrôlées. Finalement, le comportement électrique de la batterie évolue avec son âge ce qui impose un recalage périodique du modèle en fonction du temps.Cette thèse présente une méthodologie d'identification de modèles de batterie en cours de fonctionnement et d'utilisation de ces modèles adaptatifs dans la gestion optimale d'une centrale de production électrique avec stockage. Après un rappel des modèles de batteries, des méthodes d'identification en temps réel issues de la théorie du contrôle sont développées dans le cas d'un modèle des circuits électriques équivalents. L'extraction d'un modèle simplifié pour la gestion d'énergie est décrite et juxtaposée à une analyse de régression directe des données de fonctionnement. Les méthodes d'identification sont testées pour un système de stockage réel de taille industrielle, associé à une centrale photovoltaïque installée sur l'île de La Réunion. L'identification du modèle dans le cadre d'une étude de vieillissement préalablement effectuée au sein du CEA, met en évidence le suivi de l'état de santé de la batterie.En vue de l'intégration des modèles adaptatifs dans la gestion, la formulation des problèmes d'optimisation rencontrés dans la planification d'une centrale photovoltaïque associée à un système de stockage est développée. Des implémentations en programmation linéaire-mixte et en programmation dynamique sont réalisées dans des cas d'études basés sur la participation aux marchés d'électricité ou dans le cadre d'une tarification réglementée, ainsi que la participation aux services système. Afin d'évaluer les performances de ces solutions, une architecture de contrôle pour la centrale est détaillée, et le fonctionnement de la centrale est simulé. Plusieurs configurations du système de gestion sont testées, y compris l'utilisation de modèles fixes ou variables ainsi que la prise en compte ou non du vieillissement de la batterie. Une analyse statistique des résultats obtenus pour différents cas de production photovoltaïque et d'erreurs de prévision montre que l'utilisation des modèles variables présente des avantages.
