La démocratisation des véhicules hybrides branchables ainsi que des véhicules purement électriques implique un surplus de demande sur les réseaux de distribution. Le Vehicle-to-Grid (V2G) ou le Vehicle-to-Building (V2B) visent à répondre à cette demande accrue en utilisant les véhicules non plus comme de simples charges pour le réseau électrique mais comme des acteurs effectuant des échanges bidirectionnels. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent, avec des données réelles du campus de l’Université Laval, une modélisation de flottes de véhicules et l’application d’un modèle d’optimisation linéaire que le V2B peut permettre de réaliser des gains financiers partagés entre les acteurs tout en rechargeant efficacement les véhicules participants. / The democratization of plug-in hybrid electric vehicles along with purely electric vehicles causes an increased electric demand on the power grid. Vehicle-to-Grid (V2G) or Vehicle-to-Building (V2B) aim to bring an appropriate response to this increased demand, by not simply considering vehicles as loads for the grid but as actors making bidirectionnal exchanges. The works presented in this master’s thesis show, with real data on the Université Laval campus, a modelling of vehicle fleets and the application of a linear optimization model, that V2B can provide financial gain shared between the actors of the system, while charging the vehicles efficiently.

Depuis déjà quelques années, la revente d’électricité à partir des accumulateurs de véhicules à propulsion électrique (VPÉ) vers le réseau électrique, que l’on appelle communément « Vehicle-to-Grid » (V2G), a fait l’objet de nombreuses études. Avec l’utilisation de plus en plus répandue d’accumulateurs Li-ion dans les véhicules à propulsion électrique, la question du seuil de rentabilité du prix de vente d’énergie en production V2G devient un facteur important. En effet, le coût des accumulateurs Li-ion est très élevé alors que leurs vie utile est seulement de l’ordre de 1000 cycles de charge-décharge. L’objectif de ce mémoire est d’élaborer les conditions permettant d’établir le seuil de rentabilité technico-économique de la vente d’énergie électrique au réseau en production V2G d’un véhicule à propulsion électrique alimenté par des accumulateurs Li-ion et équipé d’un chargeur bidirectionnel niveau 1 et 2. Pour y arriver, plusieurs paramètres doivent être pris en compte tels que le coût d’achat des accumulateurs, le nombre total de cycles de charge-décharge pouvant être effectué avant que les accumulateurs ne doivent être remplacés, la caractéristique coût-rendement du chargeur bidirectionnel, le coût d’achat d’électricité au réseau électrique et finalement, la quantité d’énergie électrique pouvant être échangée avec le réseau électrique durant une année. Dans un premier temps, la topologie du chargeur bidirectionnel est choisie et une analyse de sa caractéristique coût-rendement est calculée. Par la suite, des cycles de charge-décharge à différentes profondeurs de décharge sont effectués sur des accumulateurs Li-ion afin de quantifier leurs dégradations. L’élaboration d’une équation de seuil de rentabilité, combinée aux résultats de l’analyse de la caractéristique coût-rendement et de la quantification de la dégradation des accumulateurs Li-ion, permet de déterminer l’influence du coût et du rendement du chargeur bidirectionnel et de la dégradation des accumulateurs Li-ion sur le prix de vente d’énergie électrique en production V2G. / In recent years, the use of electricity routed from batteries of plug-in electric vehicles (BEVs: battery electric vehicles and PHEVs: plug-in hybrid electric vehicles) to the power grid for resale purposes, a concept commonly referred to as Vehicle-to-Grid (V2G), has been the subject of numerous studies. With manufacturers opting more frequently for lithium-ion batteries in the production of such plug-in electric vehicles, the profitability in terms of resale price of such V2G-produced energy is put into question. Indeed, Li-ion batteries are rather expensive given their lifespan of approximately 1000 charge-discharge cycles. The ultimate purpose of this Master’s essay is to determine a set of principles to allow for the establishment of an equally lucrative and technologically-economic plan regarding the resale of V2G-produced electrical energy as the result of BEVs and PHEVs equipped with Li-ion batteries supplied by grade 1 and 2 bidirectional chargers. In order to successfully accomplish this feat, numerous factors must be taken into consideration: the cost of such batteries and their durability relative to their maximum attainable number of charge-discharge cycles; the return value of bidirectional chargers; the expenses incurred by the power network in purchasing such electricity; the maximum permissible quantity of electric energy that can be exchanged with the electric grid per year. Initially, the topology of a chosen bidirectional charger undergoes a mathematical analysis of its performance output with regard to its overall cost. Subsequently, multiple charge-discharge cycles are conducted on the lithium-ion batteries at varying discharge intensities in order to evaluate the cells’ deterioration. The former results, combined with the development of a formula for the financial break-even point, demonstrates the effects of a bidirectional charger’s expense and performance, along with the degeneration of Li-ion batteries, on the resale price of V2G-produced electrical energy.

Ce mémoire présente une étude sur des montages redresseurs polyphasés ayant des performances convenables pour le réseau d’alimentation électrique des avions. Les redresseurs considérés comportent 6 phases, 9 phases et 12 phases. Les caractéristiques de ces montages redresseurs sont étudiées théoriquement et des modèles ont été développés utilisant le logiciel SimPowerSystems (SPS) afin de déterminer la performance de ces redresseurs sous différentes conditions de fonctionnement. Les résultats de simulation sont évalués et comparés avec les normes de l’avionique MIL-STD-704F et RTCA-DO-160G. Une étude expérimentale a été effectuée sur un redresseur commercial à 6 phases dans le but de valider le modèle SPS développé pour ce montage redresseur. Les mesures ont été effectuées sur le montage expérimental à différents niveaux de charge et les résultats sont comparés avec ceux donnés par le modèle SPS. La concordance entre les deux résultats est très bonne, ce qui assure l’exactitude du modèle développé. / This paper presents a study of polyphase rectifier circuits with suitable performance for power network of aircrafts. The study has been conducted on 6, 9 and 12-phases rectifiers. The characteristics of these rectifying circuits are studied theoretically and models have been developed using the software SimPowerSystems (SPS) to determine the performance of these rectifiers in different operating conditions. The simulation results are evaluated and compared with the avionics standards MIL-STD-704F and RTCA-DO-160G. An experimental study was conducted on a 6-phase commercial rectifier in order to validate the SPS model developed for this rectifier circuit. The measurements were performed on the experimental circuit with different charge levels and the results are compared with those given by the SPS model. The concordance between results is very good, which ensures the accuracy of the model developed.

Avec l’adoption croissante des véhicules électriques, il y a un intérêt pour utiliser des tarifs dynamiques dont le prix dépend de la demande actuelle, pour encourager les utilisateurs à recharger leurs véhicules en période de faible demande évitant les pics d’électricité pouvant dépasser la capacité installée. Le problème que devaient affronter les utilisateurs de véhicules électriques est qu’ils doivent s’assurer que l’énergie électrique présente dans les batteries est suffisante pour les déplacements et que les périodes de recharge correspondent à des périodes où le prix de l’électricité est bas. La plupart des approches actuelles de planification de recharge supposent une connaissance parfaite des futurs prix de l’électricité et de l’utilisation du véhicule, ce qui nuit à leur applicabilité dans la pratique. Cette thèse considère la modélisation de la recharge intelligente des véhicules électriques pour déterminer, lors des sessions de connexion, les moments où le véhicule doit se recharger afin de minimiser le coût payé pour l’énergie de ses déplacements. La thèse comporte quatre principales contributions: 1) Modèle de recharge optimale des véhicules électriques pour générer une série de décisions en utilisant la connaissance a priori du prix de l’électricité et de l’énergie utilisée, en utilisant la programmation dynamique comme méthode d’optimisation. 2) Création d’un modèle de système d’information incluant des variables connexes au modèle de recharge des véhicules électriques dans un cadre guidé par des données. 3) Méthode de sélection des données pertinentes utilisant la stratification de données pouvant réduire significativement le temps requis pour entraîner les modèles de prévision avec des résultats proches de ceux obtenus en utilisant l’ensemble de données complet. 4) Modèle de classification en ligne qui permet de déterminer s’il faut charger ou non le véhicule à l’aide de modèles d’apprentissage automatique qui peuvent générer, en temps réel, une décision de recharge quasi-optimale sans tenir compte d’une connaissance de l’information future. Nous démontrons comment la combinaison d’une méthode d’optimisation hors ligne, telle que la programmation dynamique, avec des modèles d’apprentissage automatique et un système d’information adéquat peut fournir une solution très proche de l’optimum global, sans perte d’applicabilité dans le monde réel. De plus, la polyvalence de l’approche proposée permet d’envisager l’intégration d’un plus grand nombre de variables à l’entrée du modèle, ainsi que d’autres actions comme par exemple fournir d’énergie au réseau électrique pour aider à réduire les pics de demande ce qui pourrait être utile dans un contexte de vehicle-to-grid (V2G). / With the increasing adoption of electric vehicles, there is an interest to use dynamic tariffs where the price depends on the current demand, encouraging users to charge their vehicles in periods of low demand, avoiding electricity peaks that may exceed the installed capacity. The issue an electric vehicle user must tackle is that it should ensure that its electric power is sufficient for its trips and that the recharge periods correspond to periods where the price of electricity is low. Most current charge scheduling approaches assume a perfect knowledge of the future prices and car usage, which hinders their applicability in practice. This thesis considers the modelling of the intelligent recharge of electric vehicles to determine, during the connection sessions, the times when the vehicle may be charged in order to minimize the overall energy cost. The thesis has four main contributions: 1) Optimum electric vehicle recharge model to generate a series of decisions using full knowledge of the price of electricity and energy used using dynamic programming as a method of optimization. 2) Creation of an information system model which includes variables relevant to the recharging model of electric vehicles in a framework data-driven. 3) Method of selecting relevant data using the stratification by clusters which can significantly decrease the time required to train forecasting models with results close to those obtained using the complete dataset. 4) Classification model which allows the determination of whether or not to charge the vehicle using machine learning models that can generate, in real time, a near-optimal recharge decision without considering perfect knowledge of the future information. We demonstrated how combining an offline optimization method, such as dynamic programming with machine learning models and a coherent information system can provide a solution very close to the global optimum without loss of applicability in real-world. Moreover, the versatility of the proposed approach allows the consideration of the integration of a larger set of variables at the input of the model, as well as other actions such as for example supplying energy to the network to further help reducing demand peaks which could be useful in a vehicle-to-grid context (V2G).

L’industrie forestière est un secteur économique générant beaucoup d’emplois au Québec, Canada. Dans le but d’assurer la compétitivité et la profitabilité des scieries, plusieurs propriétaires se voient donc dans l’obligation de revoir leurs systèmes de production. De plus, ceux-ci sont à la recherche de nouvelles opportunités pour générer des profits, comme le programme de gestion de la demande en puissance (GDP) d’Hydro-Québec, programme visant à redistribuer l’usage de l’électricité vers des périodes hors-pointe. C’est dans cette optique que s’insère cette maîtrise, dont le but est d’évaluer l’impact technico-économique de l’implantation de stratégies permettant à une scierie typique de participer au programme de GDP. Pour ce faire, une revue de la littérature a été faite, afin d’établir un état de l’art sur les systèmes de gestion de l’énergie en industrie, la gestion de la demande en puissance et les modèles de planification existants dans le milieu de la fabrication de bois d’oeuvre. Ensuite, l’étude d’un système de production de bois d’oeuvre réel et la collecte d’informations quant à la consommation d’électricité des équipements et de chauffage des espaces de travail utilisés ont été réalisées. Ces informations ont par la suite été intégrées à l’intérieur d’un modèle de planification tactique des opérations. Avec un tel modèle, il devenait donc possible de tester différentes stratégies permettant de réduire l’appel en puissance des équipements en cas d’évènement de GDP et de mesurer les gains financiers ou encore les pertes engendrées par la mise en place de telles stratégies. Plus particulièrement, six stratégies ont été testées. À la suite d’une étude comparative basée sur la profitabilité de chaque stratégie, il s’est avéré que le meilleur scénario permettait d’augmenter les profits de la scierie à l’étude de près de 5%, tout en offrant une augmentation de profit durant un grand nombre d’heures de GDP (68 heures). Somme toute, l’étude a permis de trouver, pour une scierie type du Québec, la meilleure stratégie à mettre en place pour participer au programme de GDP d’Hydro-Québec. Elle a également a permis de développer un modèle de planification pour l’industrie du bois d’oeuvre intégrant la facette énergétique et de générer une méthodologie générale permettant de reproduire les travaux réalisés dans le cadre de la recherche à d’autres secteurs. / The forestry industry is an economic sector that generates a lot of jobs in Quebec, Canada. In order to ensure the competitiveness and profitability of sawmills, many owners are therefore obliged to review their production systems. In addition, they are looking into new opportunities to generate profits like Hydro-Quebec's Demandresponse program (DR). It is in this perspective that this master project is integrated, whose aim is to find the best strategy at the level of profitability, for a typical Quebec sawmill, to participate in Hydro-Quebec’s DR program. To this end, a literature review was conducted to establish a state of the art on energy management systems in industry, on demand-response programs and on existing planning models in the lumber manufacturing industry. Then, the study of a real lumber production system and the information collection about the equipment electricity consumption and the workspace heating used were realized. This information was subsequently integrated into a tactical operations planning model. With such a model, it became possible to test different strategies to reduce the equipment power demand in case of DR event and measure the financial gains or the losses generated by the implementation of such strategies. More specifically, six strategies were tested. As a result of a comparative study based on the profitability of each strategy, it turned out that the best scenario allowed the sawmill profits to increase by almost 5% while offering a profit increase for a large number of DR hour (68 hours). All in all, the study found that, for a typical Quebec sawmill, the best strategy to put in place to participate in Hydro-Québec's DR program. It also helped develop a planning model for the lumber industry integrating the electrical energy facet and generates a general methodology for replicating the work done in the present research to other sectors.

Dans un contexte ou l'efficacité lumineuse est une priorité, les lampadaires à diodes électroluminescentes (DEL) sont une source de lumière de premier choix. Bien que plus coûteuses que les autres sources, elles offrent, en plus d'une grande efficacité, une longue durée de vie, ce qui en fait une option très intéressante à long terme. Comme toutes les autres sources de lumière, elles subissent par contre une dégradation lumineuse, qui diminue leur flux lumineux ainsi que leur efficacité. Afin de mieux contrôler cette dégradation lumineuse, des stratégies d'alimentation électrique peuvent être utilisées. Deux de ces stratégies sont le contrôle de courant et le contrôle de chaine, la première faisant varier le courant et la deuxième le nombre de DEL allumées. Pour étudier et comparer ces deux stratégies, un modèle mathématique a été développé et un programme de simulation a été conçu. Les résultats ont permis de constater qu'en plus de garder un flux lumineux plus constant, les stratégies d'alimentation électrique peuvent augmenter l'efficacité lumineuse et la durée de vie d'un lampadaire à DEL ou diminuer le nombre de DEL nécessaire, diminuant ainsi le coût initial.

Cette thèse présente une analyse de la consommation d'énergie des systèmes de contrôlecommande électriques des machines automatisées en vue de réduire leur consommation d'énergie. Il est notamment présenté les notions associées aux systèmes de contrôle-commande et il est développé des méthodes et un simulateur de consommation d'énergie destiné à l'analyse de la consommation d'énergie. A partir de ceci, il est réalisé une analyse selon 3 axes : consommation des composants de contrôlecommande pris individuellement, consommation des systèmes de contrôle-commande selon le type de machine et l'assemblage des composants et enfin, consommation dans le temps selon les modes de marche. Ces travaux mettent en évidence que la consommation des systèmes de contrôle-commande est souvent faible comparée à celle des actionneurs, mais qu'il est tout de même possible de réduire d'un facteur 2 la consommation d'énergie.

Ce travail de recherche intitulé " Contribution à la modélisation de l'Intégrité des Alimentations dans les System-in-Package", effectué chez NXP semi-conducteurs, se propose d'étudier l'intégrité des alimentations et des signaux dans un système complexe tel que le System-in-Package(SiP), les System-on-Chip(SoC) ou autres (PoP,...). C'est-à-dire la générations de perturbations électromagnétiques conduites dues à l'activité d'un système complexe sur son environnement d'intégration. Un bilan de puissance statique et dynamique permet de considérer l'influence de l'activité des fonctions numériques sur le système SiP. L'activité dynamique est représentée sous forme de profils canoniques caractérisés par la technologie de conception des fonctions logiques. Cette représentation en base tient compte du cadencement multi fréquentiel (ou multi-harmonique) du système. Un logiciel a été développé permettant d'extraire un profil d'activité numérique définit suivant la géométrie de la fonction, sa technologie et ses fréquences d'activation. Les fonctions analogiques et le réseau passif d'interconnexions sont modélisés au travers de fonctions de transfert et validés par une approche expérimentale (domaine fréquentiel et temporel) et en simulation. Cette analyse a permis de souligner les potentialités de la modélisation BBS (Broad Band Spice Model). Ceci a permis une modélisation multi-port globale de l'environnement d'intégration modélisé depuis le PCB jusqu'aux fonctions actives (PCB-Boitier-interconnexions-circuits). Les modèles extraits sont utilisables dans un environnement SPICE où l'ensemble du système est modélisé dans un environnement unique. La CO-MODÉLISATION et la CO-SIMULATION GLOBALES permettent la proposition de règles de conception et l'optimisation du découplage souligné par le potentiel du substrat de report PICS (Passive Integrating Component Substrate).

Une étude de performance et de faisabilité économique a été menée avec pour objectif d'évaluer la possibilité de substituer la dépendance envers le gaz naturel, actuellement la source principale d'énergie, par une source moins noble et disponible en abondance pour la récupération et la mise en oeuvre de l'exploitation des sables bitumineux en Alberta. L'approche consiste à produire de l'énergie (chaleur et électricité) pour la récupération du bitume et de l'hydrogène essentiel pour les opérations d'hydrotraitement/hydrocraquage par l'intermédiaire d'une gazéification intégrée à un cycle combiné (IGCC) et dont l'alimentation est assumée par un combustible moins noble et moins coûteux que le gaz naturel. Il s'agit du coke de bitume qui est un sous-produit de cokéfaction. Dans cette étude, différentes configurations du complexe IGCC intégrant deux approches de capture /séquestration de CO2 ont été analysées. Dans la première, le CO2 est intercepté via un procédé Selexol d'absorption physique. Dans la seconde, le piégeage de CO2 est assuré par carbonatation minérale humide au moyen de saumures naturelles disponibles dans les aquifères avoisinants. Cette recherche consiste en l'analyse de l'efficacité énergétique d'une unité IGCC produisant 400 MW à partir de la gazéification du coke bitumineux et de l'évaluation des coûts de production de puissance, sous forme d'électricité et de chaleur, et d'hydrogène à partir d'une telle usine incluant des îlots de capture/séquestration de CO2.

Dans ce mémoire, des questions associées à la simulation en régime transitoire et à l'intégration au réseau de distribution d'une génératrice asynchrone privée (« NUIG : Non-Utility Induction Génération ») sont étudiées. L'objectif de ce travail est de vérifier l'influence de différents facteurs tels le niveau et l'emplacement de la charge et de la compensation capacitive ainsi que le type de charge sur les phénomènes d'auto-excitation de la génératrice asynchrone et les surtensions indésirables qui résultent d'un défaut et/ou d'une condition d'îlotage. Les résultats de simulation montrent que les phénomènes d'auto-excitation semblent très complexes et multidimensionnels et ils impliquent l'interaction de différents facteurs. Les courbes obtenues dépendent fortement des spécifications du système et il est difficile de dériver des critères précis qui puissent être appliqués de façon générale à tous les cas d'intégration de la génération asynchrone au réseau. Cependant, des principes directeurs pratiques pour limiter l'occurrence de l'auto-excitation ont été dérivés et selon ces principes directeurs, un système de protection et un réglage de rélai recommandés sont présentés pour l'interconnexion de génératrices asynchrones privées (« NUIG ») au réseau de distribution. / In this thesis, some topics related to the dynamic simulation and operations of Non-Utility Induction Generation (NUIG) are investigated. The objective of this thesis is to put focus on the influence of different factors such as load and capacitive compensation levels and positions as well as load type on induction generator self-excitation phenomenon and related overvoltages, resulting from a fault and/or an unwanted islanding condition. The results of simulations showed the self-excitation phenomenon appear to be very complex and multidimensional and implying the interaction of many different factors. The obtained curves and behaviors highly depend on the system specifics, and it is difficult to drive precise criteria applicable in a general manner to ail cases of generation’s integration. However, practical guidelines to limit the occurrence of self-excitation have been derived and, as per these guidelines, recommended protection System and relay settings are presented for interconnection of NUIGs to the distribution networks.