Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2001. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Le processus de vieillissement des accumulateurs lithium-ion est un facteur déterminant lors de leur utilisation pour des applications spatiales. Les couches de passivation présentes à la surface des électrodes, composées de différents sels et polymères, ont une grande influence sur les performances des batteries, en particulier en termes de cyclage et de durée de vie. La compréhension des phénomènes de dissolution et de précipitation des espèces présentes aux électrodes est donc essentielle pour appréhender le vieillissement des batteries. Dans un premier temps, les propriétés de solubilisation et de transport de ces espèces dans l’électrolyte ont été étudiées afin d’analyser leur comportement en solution. Les investigations ont ensuite porté sur l’influence de ces composés sur le cyclage des accumulateurs lithium-ion. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les constituants des couches de passivation ayant un impact critique sur le fonctionnement des batteries, en vue d’optimiser les performances en vieillissement des systèmes existants. / The ageing process of lithium-ion batteries is a key issue for their use in space applications. The passivation layers deposited on the electrode surface are composed of various salts and of polymers, and hence, have a great impact on battery performances or on cycle life. The understanding of dissolution and precipitation phenomena of species deposited at the electrode surface is therefore essential to enlighten the ageing process in batteries. At first, solubilization and transport properties of organic or mineral lithium salts in the electrolyte were determined. Using solubility data, investigations were then carried out to study the effect of these compounds on cycling properties. It has been shown that if some lithium salts have a critical impact on the battery efficiency, others do not have any detrimental effect on battery capacity or faradic yield. As a conclusion, the dissolution with time of compounds belonging to the solid electrolyte interphase is an important parameter to take into account when studying battery ageing.

Thèse de doctorat : Génie électrique : INPL : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Thèse de doctorat : Physique des solides : Paris 12 : 2003. Thèse de doctorat : Physique des solides : Université de Tunis-El Manar : 2003. / Version électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. en fin de chapitres.

Thèse de doctorat : Chimie et science des matériaux : Paris Est : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Th. doct.-ing.--Méc.--Toulouse--I.N.P., 1982. N°: 213.

Thèse de doctorat : Sciences des matériaux : Paris 12 : 2003. / Version électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 188 réf.

Thèse de doctorat : Chimie et sciences des matériaux : Paris Est : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Avec la croissance des nouvelles technologies émergentes dans les réseaux de distribution, tels que les éoliennes, les panneaux solaires, les véhicules électriques et les sources de génération distribuées, la nécessité d'étudier simultanément les réseaux de transmission et de distribution (T&D) et leurs interactions bilatérales ne peut plus être négligée. Une forte pénétration des sources d'énergie renouvelable, naturellement stochastiques, peut inverser le flux d'énergie, ce qui ne rentre pas dans le paradigme d’un écoulement de puissance à flux descendant qui caractérise les systèmes d'alimentation conventionnels. Par conséquent, les méthodes d'étude de réseaux telles que le fux de puissance optimal (Optimal Power Flow), l'engagement des groupes de production (unit commitment) et l'analyse de la stabilité doivent être revisitées. Cette thèse propose l'application de systèmes de stockage d'énergie sur batterie (BESS) dans un cadre intégré de T&D minimisant les impacts négatifs des énergies renouvelables insérées dans le réseau de distribution ou chez le client. Les BESS peuvent être interprétés comme des équipements flexibles supplémentaires, contrôlés à distance et/ou localement, qui absorbent ou libèrent des puissances actives et réactives et améliorent l'efficacité globale du système T&D au complet du point de vue de la stabilité et de la performance dynamique. Selon la pratique courante, les études des systèmes T&D intégrés peuvent être classées en sous-groupes d’études dynamiques vs stationnaires ou en sous-groupes d’études de cooptimisation vs co-simulation. Suivant la même approche, l’analyse à l’état d’équilibre est d’abord lancée par un nouvel outil d’allocation optimisée stochastique de BESS (VSCSOBA) à contrainte de stabilité de tension. L'outil d'optimisation développé basé sur GAMS à deux niveaux prend en compte les BESS et des modèles détaillés de ressources énergétiques distribuées stochastiques tout en minimisant principalement les pertes de puissance active, mais les écarts de tension, les coûts de délestage, l'augmentation de la capacité de charge (chargeabilité ou « loadbility ») ainsi que la réduction de la vulnérabilité sont aussi des fonctions objectives qui ont été considérées. L’applicabilité de l’outil proposé a été confirmée sur des cas d’utilisation basés sur des réseaux T&D benchmark de l’IEEE comportant des centaines de variables et contraintes. Dans la partie suivante, l'architecture du framework de co-simulation, ainsi que les différents acteurs clés qui y participent seront examinés. Les objectifs de cette partie sont les suivants : développer, simuler et résoudre des équations algébriques de chaque niveau indépendamment, à l'aide de simulateurs bien connus, spécifiques à un domaine (c’est-à-dire, transport vs distribution), tout en assurant une interface externe pour l'échange de données. L'outil d'interface devrait établir une connexion de partage de données robuste, fiable et bilatérale entre deux niveaux de système. Les idées et les méthodologies proposées seront discutées. Pour completer cette étude, La commutation optimale de réseaux de transport (Optimal Transmission Switching) en tant que nouvelle méthode de réduction des coûts d'exploitation est considérée d'un point de vue de la sécurité, en assument ou non la présence des BESS. De toute évidence, l'OTS est un moyen efficace (tout comme la référence de tension ou le contrôle des références de puissances P-Q) qui s’avère nécessaire dans le cadre T&D intégré, tel que nous le démontrons à travers divers cas d'utilisation. Pour ce faire, afin de préserver la sécurité des systèmes de transport d'électricité contre les attaques ou les catastrophes naturelles telles que les ouragans et les pannes, un problème OTS stochastique orienté vulnérabilité (VO-SOTS) est également introduit dans cette thèse tout en considérant l'incertitude des charges via une approche par échantillonage de scénarios respectant la distribution statistique des incertitudes. / With the growing trend of emerging new technologies in distribution networks, such as wind turbines, solar panels, electric vehicles, and distributed generations, the need for simultaneously studying Transmission & Distribution (T&D) networks and their bilateral interactions cannot be overlooked anymore. High penetration of naturally stochastic renewable energy sources may reverse the energy flow which does not fit in the top-down energy transfer paradigm of conventional power systems. Consequently, network study methods such as optimal power flow, unit commitment, and static stability analysis need to be revised. This thesis proposes application of battery energy storage systems (BESS) within integrated T&D framework minimizing the adverse impacts of renewable energy resources. The BESSs can be interpreted as additional flexible equipment, remotely and/or locally controlled, which absorb or release both active and reactive powers and improve the overall efficiency of the complete T&D system from both steady-state and dynamic viewpoints. As a common practice, the integrated T&D framework studies are categorized into either dynamic and steady-state subcases or co-optimization framework and co-simulation framework. Following the same approach, the steady-state analysis is first initiated by a novel voltage stability constrained stochastic optimal BESS allocation (VSC-SOBA) tool. The developed bi-level GAMS-based optimization tool takes into account BESSs and detailed models of stochastic distributed energy resources while minimizing active power losses, voltage deviation, load shedding costs, increasing loadability, and vulnerability mitigation are objective functions. The applicability of proposed tool has been confirmed over large IEEE recognized T&D benchmarks with hundreds of variables and constraints. In the next part, the architecture of co-simulation framework and different key players will be investigated. The objectives of this part are set as: developing, simulating, and solving differential and algebraic equations of each level independently, using existing well-known domain-specific simulators, while externally-interfaced for exchanging data. The interface tool should stablish a robust, reliable, and bilateral data sharing connection between two levels of system. The ideas and proposed methodologies will be discussed. To complete this study, optimal transmission switching (OTS) as a new method for reduction of operation costs is next considered from a security point of view. It is shown clearly that OTS is an effective mean (just like voltage reference or P-Q reference control), which is necessary in the integrated T&D framework to make it useful in dealing with various emerging use cases. To do so without impeding the security of power transmission systems against attacks or natural disasters such as hurricane and outages, a vulnerability oriented stochastic OTS (VO-SOTS) problem is also introduced in this thesis, while considering the loads uncertainty via a scenario-based approach.

Le Système Stockage de l'Énergie par Batterie ou Batterie de Stockage d’Énergie (BSE) offre de formidables atouts dans les domaines de la production, du transport, de la distribution et de la consommation d’énergie électrique. Cette technologie est notamment considérée par plusieurs opérateurs à travers le monde entier, comme un nouveau dispositif permettant d'injecter d’importantes quantités d’énergie renouvelable d’une part et d’autre part, en tant que composante essentielle aux grands réseaux électriques. De plus, d’énormes avantages peuvent être associés au déploiement de la technologie du BSE aussi bien dans les réseaux intelligents que pour la réduction de l’émission des gaz à effet de serre, la réduction des pertes marginales, l’alimentation de certains consommateurs en source d’énergie d’urgence, l’amélioration de la gestion de l’énergie, et l’accroissement de l’efficacité énergétique dans les réseaux. Cette présente thèse comprend trois étapes à savoir : l’Étape 1 - est relative à l’utilisation de la BSE en guise de réduction des pertes électriques ; l’Étape 2 - utilise la BSE comme élément de réserve tournante en vue de l’atténuation de la vulnérabilité du réseau ; et l’Étape 3 - introduit une nouvelle méthode d’amélioration des oscillations de fréquence par modulation de la puissance réactive, et l’utilisation de la BSE pour satisfaire la réserve primaire de fréquence. La première Étape, relative à l'utilisation de la BSE en vue de la réduction des pertes, est elle-même subdivisée en deux sous-étapes dont la première est consacrée à l’allocation optimale et le seconde, à l’utilisation optimale. Dans la première sous-étape, l’Algorithme génétique NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) a été programmé dans CASIR, le Super-Ordinateur de l’IREQ, en tant qu’algorithme évolutionniste multiobjectifs, permettant d’extraire un ensemble de solutions pour un dimensionnement optimal et un emplacement adéquat des multiple unités de BSE, tout en minimisant les pertes de puissance, et en considérant en même temps la capacité totale des puissances des unités de BSE installées comme des fonctions objectives. La première sous-étape donne une réponse satisfaisante à l’allocation et résout aussi la question de la programmation/scheduling dans l’interconnexion du Québec. Dans le but de réaliser l’objectif de la seconde sous-étape, un certain nombre de solutions ont été retenues et développées/implantées durant un intervalle de temps d’une année, tout en tenant compte des paramètres (heure, capacité, rendement/efficacité, facteur de puissance) associés aux cycles de charge et de décharge de la BSE, alors que la réduction des pertes marginales et l’efficacité énergétique constituent les principaux objectifs. Quant à la seconde Étape, un nouvel indice de vulnérabilité a été introduit, formalisé et étudié ; indice qui est bien adapté aux réseaux modernes équipés de BES. L’algorithme génétique NSGA-II est de nouveau exécuté (ré-exécuté) alors que la minimisation de l’indice de vulnérabilité proposé et l’efficacité énergétique représentent les principaux objectifs. Les résultats obtenus prouvent que l’utilisation de la BSE peut, dans certains cas, éviter des pannes majeures du réseau. La troisième Étape expose un nouveau concept d’ajout d’une inertie virtuelle aux réseaux électriques, par le procédé de modulation de la puissance réactive. Il a ensuite été présenté l’utilisation de la BSE en guise de réserve primaire de fréquence. Un modèle générique de BSE, associé à l’interconnexion du Québec, a enfin été proposé dans un environnement MATLAB. Les résultats de simulations confirment la possibilité de l’utilisation des puissances active et réactive du système de la BSE en vue de la régulation de fréquence. / The Battery Energy Storage (BES) offers significant potential benefits at generation, transmission, distribution, and consumption levels of power systems. More specifically, this technology is considered by various operators around the globe, as a component of incorporating high amounts of renewable energy and as a key tool for large-scale power networks. In addition, other highly valued benefits can be captured by deploying BES technologies in smart grid such as facilitating power management, reducing green house gas emissions, reducing marginal losses, providing emergency power source for some users, and increasing energy efficiency in networks. This thesis comprises three phases: phase 1) application of BES for loss reduction, phase 2) application of BES as spinning reserve for vulnerability mitigation, phase 3) introducing a new method for improving frequency oscillation using reactive power modulation and application of BES for primary frequency reserve. The phase 1, application of BES for loss reduction is divided itself in two steps: step one: optimal allocation and step two: optimal utilization. In step one, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) has been coded on Centre de CAlcul Scientifique de l'IREQ (CASIR), the supercomputer of IREQ, as multi-objective evolutionary algorithm that extracts a set of optimal solution for optimal sizing and siting of multiple BESs while minimization of power losses and the total installed capacity of the BES units are simultaneous objective functions. For the sake of step two, a number of solutions are chosen and developed over one year taking into account the hour/rate/efficiency/power factor of the charge and discharge modes while marginal loss reduction or energy efficiency improvement are set as main goals. Phase 1 provides a complete answer for BES allocation and scheduling problem on Québec interconnection. Concerning the phase 2, a new vulnerability index has been introduced, formulated and studied which is suitable for modern power systems that comprise BESs. The NSGA-II is re-executed while minimization of proposed vulnerability index and total installed capacity are main goals. The results reveal that application of BES may prevent major blackouts in some cases. The phase 3 presents a novel idea for adding virtual inertia to power systems using reactive power modulations. The phase 3 also presents a primary study on application of BESs for primary frequency reserve. Generic battery model is introduced to simple Quebec interconnection model in MATLAB. Simulation results confirm the applicability of both active and reactive powers of BES architecture for frequency regulation.