Les travaux de cette thèse ont pour objectif d’étudier la machine asynchrone à cage dans le contexte d’une conversion de l’énergie éolienne dans des sites isolés. Après un bref rappel des concepts de la conversion de l’énergie éolienne en énergie électrique, ce document dresse un état de l'art des différents solutions électrotechniques utilisées tant dans le domaine de production de masse que dans celui de l’alimentation de sites isolés. Le second chapitre est dédié à la modélisation de la machine asynchrone à cage. Le modèle linéaire de la machine asynchrone présentant des limites, une modélisation originale et simple, dans laquelle le phénomène de la saturation est pris en compte par une inductance magnétisante fonction du courant magnétisant a été élaboré. Les paramètres de ce modèle peuvent être obtenus à partir d’essais ou d’une approche numérique par élément finis en 2D. Les outils de modélisation proposés sont ensuite utilisés pour l’étude des performances de la machine asynchrone dans le cas de fonctionnements en génératrice autonome débitant sur des bancs de capacités et des charges équilibrées et déséquilibrées. Les résultats de simulation sont validés expérimentalement sur un banc d’essais. La dernière partie du mémoire est consacrée à la comparaison de deux techniques de commande de la génératrice asynchrone, autonome, débitant sur un redresseur à MLI (commande vectorielle, contrôle direct du couple). Le but de ces techniques est de maintenir une tension constante à la sortie du redresseur pour des charges et des vitesses variables. Cette tension est ensuite ondulée à la bonne amplitude et fréquence pour une utilisation en site isolé. Pour chaque technique, deux stratégies ont été testées (àflux constant et à flux variable en fonction de la vitesse). Les résultats de simulation ont montrél’efficacité de ces techniques ainsi que les intérêts et les limites de chacune d’elles. / The work of this thesis aims to study the squirrel cage induction machine in the context of the wind energy conversion in isolated locations. After a brief review of the concepts of converting wind energy into electrical energy, this document describes the state of the art of different solutions used in both the mass production electrical field than in the supply of isolated sites. The secondchapter is dedicated to the modelling of squirrel cage induction machine. As the linear model presents limitations, a new and simple model, in which the saturation phenomenon is taken into account by a magnetizing inductance function of the magnetizing current, was developed. The parameters of this model can be obtained from tests or numerical approach using 2D FEM. The proposed modelling tools are then used to study the performance of stand alone induction generators connected to capacitive bank and balanced and unbalanced loads. The simulation results are validated experimentally on a test bench. The last part of the thesis is devoted to comparison of two techniques for controlling the induction generator, self-feeding a PWM rectifier (Vector Control, Direct Torque Control). The purpose of these techniques is to maintain a constant voltage at the output of the rectifier whatever the loads and speeds. This voltage is then adapted by the inverter to the good magnitude and frequency for a use in isolated areas. For each technique, two strategies were tested (at constant flux and variable flux depending on speed). The simulation results showed the effectiveness of these techniques and the interests and limitations of each.

Le problème majeur associé aux sources d'énergie décentralisées est qu'elles ne participent en général pas aux services système (réglage de la tension, de la fréquence, démarrage en autonome ou black-start, possibilité de fonctionner en îlotage, etc.). Le fait de ne pas participer aux services système amène ce type de source à se comporter comme des générateurs passifs du point de vue électrique. Le réglage de la tension et de la fréquence est dès lors reporté sur les alternateurs classiques. Le taux de pénétration de la production décentralisée, c'est-à-dire la puissance qu'elle génère par rapport à la puissance consommée, doit alors être limité afin de pouvoir garantir la stabilité du réseau dans des conditions acceptables. Ceci est particulièrement vrai pour les sources à énergie renouvelable dont la source primaire est difficilement prévisible et très, comme c'est le cas de l'éolien pour lequel certains retours d'expérience indiquent que lors de taux de pénétration supérieur à 20 ou 30 % des problèmes de stabilité peuvent apparaître. Même si actuellement les éoliennes ne participent pas au réglage de la production, cela doit être changé à cause de l'augmentation continue de leurs taux de pénétration dans les réseaux électriques. En raison de la source primaire de ces systèmes de production d'énergie (le vent), qui est très aléatoire et imprévisible, une éolienne seule ne peut pas faire le réglage de la production. Donc, on a besoin d'un système de stockage jouant le rôle de tampon entre la source et le consommateur. Le système de stockage doit être assez dynamique afin qu'il soit capable d'agir en temps réel, en fonction des fluctuations de la puissance générée et consommée. Le système inertiel de stockage d'énergie (SISE) est approprié pour ce type d'application en raison de ces caractéristiques: bonne dynamique, bon rendement, durée de vie similaire à l'éolienne, écologique, etc. Donc, le premier but de ce travail a été de faire une étude approfondie sur les SISEs. L'étude a été faite du point de vue de l'association du SISE avec un générateur éolien. Le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier et de proposer des méthodes de contrôle et supervision d'un SISE associé à un générateur éolien à vitesse variable. Le but est de contrôler le transit de puissance entre le générateur et le réseau ou la charge isolée, afin de rendre les systèmes éoliens capables à fournir des services systèmes et de fonctionner en îloté. Enfin, le troisième objectif a été de réaliser une plateforme expérimentale permettant l'implantation pratique et l'expérimentation des principes développés en théorie.

L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est d'apporter une contribution à l'étude d'un système photovoltaïque fonctionnant à sa puissance maximale et énergétiquement autonome. Le cas étudié, dans cette thèse, concerne la commande d'une chaine de pompage photovoltaïque dans un site isolé. Dans ce sens, et pour que le système photovoltaïque fonctionne à sa puissance maximale, il doit comporter un étage d'adaptation associé à un algorithme MPPT. Dans notre étude, nous avons utilisé deux algorithmes MPPT, l'algorithme “Perturb and Observe” (P&O) puis l'algorithme “ Increment of Conductance” (IncCond). Dans quelques applications industrielles, il est parfois nécessaire de maintenir la tension délivrée par le système photovoltaïque constante. Pour cela, un système de contrôle de cette tension est présenté. Les méthodes utilisées pour la simulation de ce système sont basées sur l'utilisation d'un régulateur PID, puis sur le contrôle par mode glissant, et enfin sur un contrôleur par logique floue. Ce système est testé pour une charge résistive puis pour le cas d'une pompe centrifuge entrainée par un moteur à courant continu à aimant permanent. Ensuite, nous avons étudié le cas d'une chaine de pompage utilisant un moteur asynchrone triphasé comme moteur d'entrainement. Dans le but d'avoir la possibilité de régler le débit d'eau, et en se basant sur la caractéristique de proportionnalité entre la vitesse et le débit, la méthode de contrôle direct du couple, Direct Torque Control - DTC est utilisée pour la commande de la vitesse du moteur asynchrone. / The aim of the work presented in this thesis is to contribute to the study of a photovoltaic system operating at its maximum power and energetically autonomous. The case studied in this thesis relates to the control of a chain of photovoltaic pumping in an isolated site. In this sense and for the PV system operates at its maximum power, it must include a converter associated with a MPPT algorithm. In our study, we used two MPPT algorithms, the algorithm “Perturb and Observe” (P & O), then the algorithm “Increment of Conductance” (IncCond). In some industrial applications, it is sometimes necessary to maintain the voltage delivered by the PV system constant. For this, a control system of this voltage is presented. The methods used for the simulation of this system are based on the use of a PID controller and the sliding mode control, and finally a fuzzy logic controller. This system was tested for a resistive load then for the case of a centrifugal pump driven by a permanent magnetic DC motor. Then we studied the case of a pumping chain using a three-phase induction motor as a drive motor. In order to be able to regulate the flow of water, the Direct Torque Control method “DTC” is used to control the speed of the induction motor because it is proportional with the water flow.

L’Internet des Objets (IdO) et le déploiement des équipements connectés permettent la mise en place de solutions de Gestion Active de la Demande(GAD) avancées. En effet, il devient possible d’avoir plus de visibilité et un contrôle fin sur différents équipements qui consomment, stockent ou produisent de l’énergie dans une maison. Dans cette thèse, nous considérons des solutions ayant la capacité de produire des décisions de contrôle direct à différents niveaux de granularité en fonction des variables mesurées dans les habitats. Le contrôle est basé sur une optimisation d’utilité perçue. Des fonctions utilité sont définies à travers une approche générique qui considère la flexibilité de la charge et l’impact des décisions de contrôle sur les utilisateurs. L’approche proposée n’impose pas de restrictions sur le type des équipements contrôlés ni sur la granularité des décisions de contrôle. Ceci permet un contrôle joint d’équipements hétérogènes. Nous considérons trois types d’architectures de contrôle à savoir: des solutions centralisées, partiellement distribuées et entièrement distribuées. Ces architectures diffèrent dans la distribution de la prise de décision entre les entités impliquées dans le contrôle et les données qui sont mis à disposition de ces entités. L’analyse numérique montre les compromis des solutions proposées du point de vue de la performance, de l’extensibilité et de la complexité. / The Internet of Things (IoT) paradigm brings an opportunity for advanced Demand Response (DR) solutions. Indeed, it enables visibility and control on the various appliances that may consume, store or generate energy within a home. In this thesis, we consider solutions having the capability to produce direct control decisions at different granularities based on variables measured at homes. Control schemes are driven by an optimization based on utility functions. These functions are defined based on a generic approach that considers load’s flexibility and the impact of control decisions on users. The proposed approach does not impose any restrictions on the type of controlled appliances nor on the granularity of control decisions. This enables joint control of heterogeneous loads. We consider three types of control architectures, namely centralized, partially distributed and fully distributed solutions. Schemes based on these architectures differ in the distribution of decision making among entities involved in the control and data that is made available to these entities. Numerical analysis shows the trade-offs of proposed solutions from a performance, scalability and complexity perspectives.

La thèse est portée essentiellement sur la stabilisation et la contrôlabilité de deux équations des ondes moyennant un seul contrôle agissant sur le bord du domaine. Dans le cas du contrôle dynamique, le contrôle est introduit dans le système par une équation différentielle agissant sur le bord. C'est en effet un système hybride. Le contrôle peut être aussi applique directement sur le bord d'une équation, c'est le cas du contrôle indirecte mais non borne. La nature du système ainsi coupledépend du couplage des équations, et ceci donne divers résultats par la stabilisation (exponentielle et polynomiale) et la contrôlabilité exacte (espace contrôlable). Des nouvelles inégalités d'énergie permettent de mettre en oeuvre la Méthode fréquentielle et la Méthode d'Unicité de Hilbert.

La thèse est portée essentiellement sur la stabilisation et la contrôlabilité de deux équations des ondes moyennant un seul contrôle agissant sur le bord du domaine. Dans le cas du contrôle dynamique, le contrôle est introduit dans le système par une équation différentielle agissant sur le bord. C'est en effet un système hybride. Le contrôle peut être aussi applique directement sur le bord d'une équation, c'est le cas du contrôle indirecte mais non borne. La nature du système ainsi coupledépend du couplage des équations, et ceci donne divers résultats par la stabilisation (exponentielle et polynomiale) et la contrôlabilité exacte (espace contrôlable). Des nouvelles inégalités d'énergie permettent de mettre en oeuvre la Méthode fréquentielle et la Méthode d'Unicité de Hilbert. / This thesis is concerned with the stabilization and the exact controllability of two wave equations by means of only one control acting on the boundary of the domain. In the case of dynamic control, the control is introduced into the system by differential equation acting on the boundary. It is indeed a hybrid system. The control can be also applied directly on the boundary of one of the equations. In this case, the control is indirect but unbounded. The behavior of the obtained system depends on theways of coupling. Various results are established for the stabilization (exponential or polynomial) and the exact controllability (controllable space of initial data). A new inequality of energy allows to apply the Frequency Method and the Hilbert Uniqueness Method.