Th. univ.--Sci. phys.--Paris 6, 1987.

Th. doct.-ing.--Génie électrique--Nancy--I.N.P.L., 1980.

Th. 3e cycle--Autom.--Nancy--I. N. P. L., 1977.

L'exploitation de l'énergie éolienne loin des côtes, bien qu'abondante, dépend du transport de puissance en Courant Continu Haute Tension (HVDC) qui nécessite une sous-station placée sur une plateforme dédiée. Cette plate-forme offshore étant volumineuse, son cout d'installation est élevé et sa mise en œuvre est compliquée. Cette thèse s'intéresse à une topologie de ferme éolienne offshore DC qui transporte son énergie vers l'onshore sans utiliser de sous-station offshore. Ce type de Ferme Eolienne est appelé Ferme Eolienne Série Parallèle (SPWF). Il est composé de plusieurs grappes d'éoliennes interconnectées en série, de sorte que cette interconnexion engendre directement un niveau de tension adapté à la tension du réseau HVDC. Cependant, la connexion en série implique que la tension de chacune d'entre elle n'est plus constante. Un déséquilibré de production d'énergie conduit à des variations des tensions en sortie des éoliennes. Ces variations de tension peuvent engendrer des surtensions aux bornes d'une éolienne dans la grappe et l’endommagé. Une stratégie permettant de limiter la surtension d'éolienne est proposée et développée. Cette stratégie est d'abord validée dans un contexte de connexion point à point avec la prise en compte de la transmission HVDC basée sur des câbles DC et un Convertisseur Modulaire Multiniveaux (MMC) permettant de la connecté au réseau onshore. Dans un second temps, la ferme SPWF est intégrée dans des systèmes DC multi-terminaux (MTDC). Les résultats de simulation démontrent la faisabilité de la stratégie et montrent qu'aucune réduction de puissance n'est alors nécessaire pour limiter les tensions en sortie des éoliennes. / The massive exploitation of far offshore wind energy relies heavily on the High Voltage Direct Current (HVDC) transmission system, in which dedicated offshore substations for converting power from AC into DC are necessary. However, the bulky offshore platform is costly and its installation is complicated. This thesis aims to contribute to the study of a pure DC offshore wind farm topology which exports its energy to onshore without using an offshore centralized power conversion substation. The examined wind farm topology is called Series Parallel Wind Farm (SPWF), which comprises several clusters of wind turbines connected in series, so that the output converters of the wind turbines step up the voltage to a higher level for direct power transmission. However, due to this distinctive feature, unbalanced power production of wind turbines leads to output voltage variation of wind turbines, which is harmful to the wind turbines. The work carried out in this thesis begins with the identification of the basic elements to constitute the SPWF. Afterwards, the operation of the SPWF is explained and its overvoltage characteristic is described and emphasized. An overvoltage limitation control strategy is developed, which requires an active participation of the onshore converter. Hence, the onshore Multilevel Modular Converter (MMC) as well as the HVDC cables models are examined. The control strategy is applied to both Point-to-Point (P2P) HVDC transmission system and Multi-Terminal DC (MTDC) systems. The results validate the feasibility of the proposed strategy, and demonstrate its advantage of no power curtailment requirement to limit the wind turbines output voltage.

L'insomnie peut être considérée comme un trouble cérébral, à l'éveil comme pendant le sommeil. La neurobiologie soutient l'idée que l'insomnie présente des biomarqueurs compatibles avec le phénomène d'hyperactivation corticale. Au cours d'une première étude (article #1), il a d'ailleurs été démontré que le réseau fronto-pariétal des individus souffrant d'insomnie présente une diminution de sa connectivité pendant le sommeil paradoxal, en particulier dans les bandes de basse fréquence. Cette baisse de connectivité (ou hausse d'asymétrie) est associée à des symptômes cliniques tels que la sévérité de l'insomnie et la dépression. En passant en revue les études pertinentes dans le domaine de la neuromodulation et l'insomnie au cours d'une deuxième étude (article #2), le constat le plus notable est qu'il existe peu d'études ciblant spécifiquement l'insomnie, et que parmi celles-ci, une grande hétérogénéité peut être observée au sein des protocoles de recherche quant aux résultats obtenus. De surcroît, en raison de sa possible efficacité face au sommeil dans l'insomnie, la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) parait être une modalité de traitement prometteuse. Dans la troisième étude (article #3), six individus souffrant d'insomnie ont reçu de la tDCS (active, active-contrôle ou placébo) aux régions fronto-pariétales. Bien que l'utilisation de ce protocole démontre peu d'efficacité vis-à-vis la modulation de l'activité cérébrale de la nuit subséquente, la tDCS contribuerait à diminuer la proportion du sommeil paradoxal, augmenter la mésestimation du temps d'endormissement, optimiser la performance en mémoire de travail auditive, mais n'entraînerait aucun bénéfice sur la mémoire épisodique auditive-verbale. À la lumière des résultats de la présente thèse, ce protocole de tDCS fronto-pariétale apparait insuffisant pour améliorer le sommeil dans l'insomnie. Des études supplémentaires demeurent requises afin de tester les effets du protocole au sein d'un échantillon plus large, ou encore investiguer les effets d'une autre technique de neuromodulation sur ces mêmes régions. / Insomnia can be considered as a 24-hour brain disorder. Neurobiological evidence supports the idea that insomnia exhibits biomarkers compatible with the phenomenon of cortical hyperousal. Our first study (article # 1) thus revealed that the fronto-parietal network of insomnia sufferers presents a decrease in its connectivity during REM sleep, in particular in lower frequency bands. This decreased connectivity (or increased asymmetry) is associated with clinical symptoms such as the severity of insomnia and depression. When reviewing relevant studies in the field of neuromodulation and insomnia in our second study (article # 2), the most notable finding is that there are few studies specifically targeting insomnia, and that among these, a great heterogeneity can be observed between the research protocols as to the results obtained. Furthermore, in light of its possible efficacy against sleep in insomnia, transcranial direct current stimulation (tDCS) appears to be a promising treatment modality. In our third study (article # 3), six individuals with insomnia received tDCS (active, active-control or placebo) in the fronto-parietal regions. Although the use of this protocol demonstrates little effectiveness regarding the modulation of brain activity in the subsequent night, tDCS contributes to the reduction of REM sleep proportion, overestimation in sleep latency and optimization of auditory working memory manipulation processes, but does improve auditory-verbal episodic memory. In light of the results of this thesis, this fronto-parietal tDCS protocol appears insufficient to improve sleep in insomnia. Additional studies are still required in order to test the effects of the same protocol in a larger sample, or to investigate the effects of another neuromodulation technique on these same regions.

La stimulation transcrânienne par courant continu (STCC) est une technique de stimulation corticale non invasive actuellement utilisée dans des études cliniques visant à contribuer aux traitements des douleurs chroniques. Une possible influence de la STCC sur les mécanismes d’inhibition descendante de la douleur est considérée pour justifier de tels effets analgésiques. Dans le but de mieux comprendre l’influence de cette technique de stimulation corticale transcrânienne (STCC) sur des douleurs expérimentales et sur l’activation de l’un des mécanismes inhibiteurs (le CIDN), cette thèse a été organisée en deux étapes. La première étape se consacre à vérifier et documenter la stabilité d’un paradigme expérimental (thermode/cold pressor test/thermode) d’évaluation des CIDN (contrôle inhibiteur diffus nociceptif). Ce paradigme a été utilisé lors de l’étude 2. Pour sa part, la deuxième étape vise à évaluer l’influence d’une séance de STCC sur les douleurs expérimentales (thermique et mécanique) et sur la réponse inhibitrice associée au paradigme expérimental proposé. La première étude a permis d’observer la stabilité de la réponse inhibitrice aux différents temps (1 min, 8 min, 15 min) de mesure et intervalles de réévaluation (de 1 jour, 1 semaine, 20 jours et 1 mois). Le profil d’activation et la stabilité du CIDN étaient caractérisés non seulement par une amplitude analgésique, mais aussi par une durée de la réponse inhibitrice. L’ensemble de ces facteurs n’a pas été pris en compte jusqu’à présent dans différents paradigmes d’évaluation du CIDN. Pour la deuxième étude, l’effet inhibiteur de la STCC sur les douleurs thermiques et mécaniques n’était pas significativement différent entre les 3 procédures de stimulation. Les données individuelles, démontrent que les différentes polarités de STCC ont produit des effets différents, soit de l’inhibition ou de la facilitation de la douleur. Nous avons observé une croissance plus importante de l’activation du CIDN après une période de STCC anodique chez les sujets dont le mécanisme d’inhibition était inefficace lors de la séance de STCC placebo. Inversement, chez les sujets dont le mécanisme était efficace lors de la séance placebo, il y a eu une tendance à la réduction de la réponse inhibitrice quand le paradigme expérimental du CIDN a été réalisé après la stimulation cathodique. Ces résultats suggèrent la nécessité d’explorer si le niveau d’efficacité des CIDN pourrait prédire l’efficacité analgésique des procédures de stimulation corticale chez les sujets atteints de douleur chronique.

Cette thèse se focalise sur le problème du contrôle des flux de puissance entre plusieurs systèmes électriques AC non-synchrones reliés par un réseau à courant continu (DC). Elle propose trois schémas de commande afin de permettre aux sous-systèmes de partager leurs efforts de réglage de la fréquence et réduire ainsi le besoin de réserves propres et les coûts associés. A partir des mesures des fréquences de toutes les zones, le premier schéma de commande modifie les puissances injectées par chaque zone AC vers le réseau DC, de manière à faire réagir le système collectivement à des déséquilibres de charge. Cette réaction collective permet à chaque zone AC de réduire sa propre réserve primaire. Le deuxième schéma de commande a le même objectif que le premier, mais il agit sur les tensions continues des convertisseurs HVDC. En particulier, il modifie la tension continue de chaque convertisseur en fonction de la déviation de fréquence de la zone AC à laquelle il est connecté. Le dernier schéma de commande vise à rétablir les fréquences et les échanges de puissance à leurs valeurs nominales et prévues, respectivement, à la suite d'un déséquilibre. Il peut être combiné avec les deux autres schémas de commande. Des étudies théoriques démontrent les propriétés de stabilité des trois schémas de commande. Les résultats de simulation sur un réseau électrique de référence avec cinq zones AC illustrent leur bonne performance. / This thesis addresses the problem of frequency control in a power system composed of several non-synchronous AC areas connected by a multi-terminal HVDC grid. For this system, we propose three control schemes, two for primary frequency control and one for secondary frequency control. Based on remote measurements of the other areas' frequencies, the first control scheme modifies the power injections from the different AC areas into the DC grid so as to make the system collectively react to load imbalances. This collective reaction allows each individual AC area to downscale its primary reserves. The second control scheme has the same objective with the first one, but acts on the DC voltages of the HVDC converters. In particular, it modifies the DC voltage of each converter based on the frequency deviation of the AC area it is connected to. The last control scheme aims at restoring the frequencies and the power exchanges to their nominal or scheduled values in the aftermath of a power imbalance. It can be combined with the other two control schemes. Theoretical studies reveal the stability properties of the three control schemes. Simulation results on a benchmark power system with five AC areas confirm their good performance.

This thesis addresses the problem of frequency control in a power system composed of several non-synchronous AC areas connected by a multi-terminal HVDC grid. For this system, we propose three control schemes, two for primary frequency control and one for secondary frequency control. Based on remote measurements of the other areas' frequencies, the first control scheme modifies the power injections from the different AC areas into the DC grid so as to make the system collectively react to load imbalances. This collective reaction allows each individual AC area to downscale its primary reserves. The second control scheme has the same objective with the first one, but acts on the DC voltages of the HVDC converters. In particular, it modifies the DC voltage of each converter based on the frequency deviation of the AC area it is connected to. The last control scheme aims at restoring the frequencies and the power exchanges to their nominal or scheduled values in the aftermath of a power imbalance. It can be combined with the other two control schemes. Theoretical studies reveal the stability properties of the three control schemes. Simulation results on a benchmark power system with five AC areas confirm their good performance.

LE DIAGNOSTIC DES ENTRAINEMENTS ELECTRIQUES PERMET D'ENVISAGER UNE AMELIORATION DE LA DISPONIBILITE ET DE LA POLITIQUE DE MAINTENANCE DANS LES SYSTEMES DE PRODUCTION. L'OBJECTIF DE LA THESE EST DE DETECTER ET DE LOCALISER EN LIGNE DES DEFAUTS SURVENANT DANS UN ENTRAINEMENT ELECTRIQUE. UNE ANALYSE CAUSALE SERT TOUT D'ABORD A DECOMPOSER SYSTEMATIQUEMENT UN MODELE GLOBAL EN MODELES LOCAUX, INDEPENDAMMENT DE LA NATURE DU MODELE. UN PREMIER JEU DE RESIDUS (INDICATEURS DE DEFAUT) EST AINSI OBTENU. DES METHODES CLASSIQUES DE GENERATION DE RESIDUS, FONDEES SUR DES MODELES NUMERIQUES, SONT EGALEMENT UTILISEES : OBSERVATEURS, EQUATIONS DE PARITE. DANS CE CADRE, DES TECHNIQUES DE DECOUPLAGE PARFAIT ET APPROXIMATIF SONT APPLIQUEES. UNE ETUDE DE SENSIBILITE DES RESIDUS EST MENEE. CERTAINES DE CES METHODES SONT APPLIQUEES A UNE MACHINE A COURANT CONTINU ET D'AUTRES LE SONT A UNE MACHINE ASYNCHRONE. DES OBSERVATEURS ADAPTATIFS REALISANT DES TESTS DE MODELES SONT UTILISES POUR LE DIAGNOSTIC D'UNE MACHINE ASYNCHRONE. L'ETAPE DE DECISION (CLASSIFICATION) REPOSE SUR UN ENSEMBLE DE CRITERES LIES AUX RESIDUS. LA DECISION INDIQUE QUELLES CLASSES DE DEFAUTS SONT LES PLUS COHERENTES AVEC LES OBSERVATIONS DISPONIBLES. LES SENSIBILITES DES RESIDUS PEUVENT SERVIR A SELECTIONNER LES PLUS PERTINENTS (AU SENS D'UN CRITERE DE PERFORMANCE) SOIT PAR L'APPLICATION DE REGLES ELEMENTAIRES, SOIT PAR UNE OPTIMISATION (ALGORITHME GENETIQUE). LES ORDRES DE GRANDEUR RELATIFS DES RESIDUS FOURNISSENT EGALEMENT UNE INFORMATION PLUS RICHE QUE CELLE D'UNE TABLE DE SIGNATURE BOOLEENNE ET PERMETTENT D'AMELIORER AINSI LES PERFORMANCES DE LA LOCALISATION.

Les évènements climatiques de ces dernières années ont encouragé de nombreux pays à augmenter la part des énergies renouvelables et non génératrices de gaz à effets de serre. Cependant, pour faciliter leur intégration à grande échelle, le besoin d’un super réseau européen se fait sentir. Ce nouveau réseau, principalement basé sur du courant continu sous haute tension (HVDC) nécessitera l’utilisation de convertisseurs DC-DC. Par conséquent, ce mémoire propose et étudie des topologies basées sur l’association de convertisseurs DC-DC élémentaires isolés. Il est organisé en une introduction, 3 chapitres et une conclusion. Dans l’introduction, un état de l’art est réalisé sur les technologies actuellement mises en oeuvre dans les applications HVDC. Le contexte de l’étude, lié au développement des réseaux DC interconnectés et maillés est ensuite développé. Dans le premier chapitre, des solutions basées sur l’association de convertisseurs DC DC élémentaires isolés sont étudiées puis comparées en termes de dimensionnement des éléments réactifs et de rendement. Cette étude nous a permis de sélectionner trois topologies pour la suite de notre travail. Dans le deuxième chapitre, nous évoquons tout d’abord les différentes problématiques pouvant apparaitre lors de la mise en oeuvre des solutions proposées. Dans un second temps, en prenant une ferme éolienne offshore comme cas d’application, les solutions proposées sont comparées en termes de pertes et de nombre de composants avec une topologie basée sur une association de convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) utilisés dans les réseaux HVDC. Le troisième chapitre présente l’étude et la mise en oeuvre de deux prototypes de convertisseur DC-DC isolés, d’une puissance de 100 kW et fonctionnant sous une tension de 1,2 kV. Ces prototypes ont permis de valider expérimentalement les performances des topologies étudiées dans le premier chapitre. Finalement, la dernière partie propose une conclusion des travaux présentés dans cette thèse. Ces travaux nous ont permis de montrer que les solutions proposées présentent un intérêt pour le cas d’application sélectionné. / The catastrophic environmental effects seen in the last couple of decades have encouraged many countries to increase the proportion of C02-free energy from renewable sources. However, for the easier integration of these energies on a large scale, the need of a European SuperGrid has emerged. This new grid, mainly based on High-Voltage- Direct-Current (HVDC) will require the use of DC-DC converters. Therefore, this manuscript proposes and studies topologies based on the association of isolated elementary DC-DC converters. It is organized in one introduction, 3 chapters and one conclusion. In the introduction, a state-of-the-art of the technologies currently used in HVDC applications is proposed. The context of the study, linked to development of the meshed DC grids, is developed afterwards. In the first chapter, solutions based on the association of elementary isolated DC-DC converters are studied and then compared in terms of reactive components sizing and efficiency. This study permitted the selection of three topologies for the rest of our work. In the second chapter, we mention the issues which may appear during the implementation of the solution. Then, by taking an offshore wind farm as application case, the solution is compared, in terms of loss and component number, with a topology based on the association of Modular Multilevel Converters (MMC) currently used in HVDC grids. The third chapter presents the study and the implementation of two 100 kW DC-DC converter prototypes, operating at 1.2 kV. These prototypes allowed the experimental validation of the performances of the topologies studied in the first chapter. Finally, the last part proposes a conclusion of the work achieved in this thesis. This work allowed it to be shown that the proposed solutions are interesting for the selected application case.