Ces travaux de recherche constituent une contribution à l'étude des interactions entre le réseau électrique et le véhicule électrique (VE) en mode de recharge (Vehicle-to-Grid V2G). La recharge des VEs engendrant des surconsommations variant entre deux et plusieurs dizaines de kilowatts, occasionne des perturbations sur la qualité de l'énergie du réseau auquel ils sont connectés ; la gestion de l'énergie délivrée au VE est donc une priorité pour les différents acteurs industriels qui ont établi les infrastructures de recharge. Dans cette thèse nous proposons d'étudier l'impact des nombreux VEs en mode de recharge sur le déséquilibre en courant et en tension du réseau de distribution basse tension ainsi que sur les stratégies de recharge à mettre en œuvre pour améliorer la qualité de l'énergie, et notamment minimiser les taux de déséquilibre. Nous commençons par définir le besoin de réduire le déséquilibre en courant et en tension dans le réseau résidentiel de basse tension. Ensuite, nous étudions l'impact du taux d'insertion des VEs sur ces déséquilibres en estimant la sensibilité des paramètres statistiques les décrivant. Enfin, nous proposons des stratégies de gestion de la recharge et de la décharge cherchant à minimiser les déséquilibres occasionnés tout en respectant les contraintes de confort, c'est-à-dire de la recharge du VE avant le départ et les limites structurelles du système. / The study of the Vehicle to Grid (V2G) interactions is the main contribution of this research work. To charge an electric vehicle (EV) battery the overloading in low voltage (LV) residential networks is expected to be between 2 kW and maximum 10kW. To avoid power quality deterioration a battery recharge management is a priority for the charging infrastructure business. Our work has been, first, to study the impact of a significant number of EVs in recharge mode on the voltage and current unbalances in a LV residential electric network scenario and second to develop charging strategies to minimize those unbalances.First, we defined why it is important for the LV residential network to minimize the unbalances both in current and in voltage. Then, we studied the impact of different market penetration rates of the EV on the unbalances by estimating the sensibility of the statistical parameters describing them. Finally we developed several charging/discharging strategies in order to minimize the current unbalance by using optimization algorithms in the continuous and discrete domains. Several constraints were formulated in order to preserve power limits and an enough state of charge for the mobility.

Este trabalho apresenta um estudo da aplicação da Transformada de Fourier Janelada à Qualidade da Energia Elétrica. Esta abordagem procura, pela implementação de um algoritmo computacional, detectar, localizar e classificar eventuais distúrbios que ocorrem em um determinado Sistema Elétrico. Da situação atual, tem-se que variações nas formas de ondas dos sinais de tensão como elevação, afundamento e interrupção de tensão, oscilações transitórias e ruídos, são freqüentes, chamando a atenção para a qualidade da energia elétrica fornecida pelas concessionárias. A análise de tais fenômenos, que normalmente é descrita no domínio do tempo (resolução de equação diferencial) ou no domínio da freqüência (através da Transformada de Fourier), pode agora ser analisada simultaneamente em ambos os domínios do tempo e da freqüência, dispondo-se da Transformada de Fourier Janelada. As janelas utilizadas para esta finalidade foram as de Hanning, retangular e a de Kaiser. Para esta análise em específico, a simulação dos diversos distúrbios ocorridos no sistema de distribuição foi realizada através do software ATP - Alternative Transients Program - cujas características seguem corretamente um sistema real da concessionária CPFL - Companhia Paulista de Força. Os testes efetuados mostraram que a Transformada de Fourier Janelada possui uma grande potencialidade quanto à sua aplicação na avaliação da qualidade da energia elétrica. / This dissertation presents a study of Windowed Fourier Transform applied to Power Quality. By the implementation of a computational algorithm, this approach aims to detect, locate and classify disturbances that may occur in Power Systems. Variations in voltage waveforms, such as sag, swell, interruption, oscillatory transient and noise have became frequent in electric systems, attracting the attention to the power quality supplied. The analysis of such phenomena, which is usually described either in the time domain (differential equation resolution) or in the frequency domain (Fourier Transform), can now be analyzed simultaneously in both domains: time and frequency, by the windowed Fourier Transform. The windows used to provide this information are the Hanning, rectangular and Kaiser. The simulation of the diverse disturbances occurred in the distribution system was accomplished by means of ATP software - Alternative Transients Program - whose characteristics correctly follow a real distribution system of CPFL electric utility. The tests show the windowed Fourier Transform has a great potentiality when applied to evaluate the power quality.

Este trabalho apresenta a proposta de um instrumento para utilização nos ensaios previstos nas Normas Brasileiras para certificação das instalações elétricas de baixa tensão. Descreve-se o projeto e a implementação do instrumento desenvolvido, bem como a metodologia para a execução dos testes de conformidade, de acordo com as Normas Brasileiras aplicáveis, utilizando os recursos disponíveis na instrumentação proposta. Um conjunto de testes para exemplificação de uso e validação dos testes é também apresentado. / This work presents an instrumentation system to perform tests and certification of low voltage electrical networks on residential and industrial buildings in accordance to Brazilian Norms. It intends to propose a methodology for tests executions using available resources on the developed instrumentation system. To show how the proposed system works several tests were done regarding to attend Brazilian technical standards.

Le bâtiment quel qu'il soit (industrie, tertiaire, domestique), s'électrifie toujours plus pour répondre entre autre au besoin de l'efficacité énergétique. Ainsi de nombreux équipements, en particulier d'électronique de puissance ou encore d'actionneurs sont présents et produisent des perturbations électromagnétiques tant conduites que rayonnées véhiculées ou propagées par les câblages électriques et dispositifs de protection, dimensionnés pour 50Hz et non les hautes fréquences. Ceci est à l’origine de la problématique CEM dans le bâtiment. La méthodologie de modélisation proposée consiste à chercher un schéma équivalent pour chaque constituant ou composant d’une installation. L’accès aux paramètres localisés de chacun est un des points fort de la méthode, tout en permettant l’association avec d’autres composants (couplages). Les modèles ainsi générés sont implantés automatiquement dans un logiciel circuit, en l’occurrence Spice, permettant la résolution et l’association d’autres équipements électriques complexes. La modélisation des différents composants, principalement le circuit de mise à la terre, permet la simulation et l’analyse de plusieurs configurations qui devraient nous permettre de dicter des règles de conception pour rendre plus robuste le bâtiment moderne fortement électrifié. / In order to answer the need for energy efficiency, building, whatever it is (industrial, commercial, domestic), still electrifies more and more. Hence many equipment, in particular power electronic or actuators are introduced and produce conducted and radiated electromagnetic disturbances. They propagate via cabling and protection devices which have been sized for 50Hz and not for high frequencies generated by the equipment. This constitutes the EMC problematic for building.The proposed modeling methodology is to evaluate an electrical equivalent circuit for each installation’s component. Access to lumped parameters of each component is one of the highlights of this method, allowing the other components association (couplings). The generated models are implemented in a circuit software such as Spice, enabling the resolution and the association of other electrical components.The modeling of the components, mainly the grounding circuit, allows the simulation of different configurations. The analysis of several configurations should help the elaboration of design rules to make today buildings more efficient.

Este trabalho apresenta um estudo sobre transformada Wavelet aplicada à qualidade da energia elétrica com o intuito de detectar, localizar e classificar eventuais distúrbios que ocorrem no sistema elétrico. Inicialmente é apresentada uma introdução sobre qualidade da energia, mostrando fatos, evoluções e explicando o conceito dos principais fenômenos que interferem na qualidade da energia do sistema elétrico brasileiro, devido, principalmente, à grande demanda de aparelhos eletrônicos produzidos atualmente. Em seguida é mostrada uma revisão dos principais métodos e modelos aplicados atualmente no mundo a respeito do assunto. A transformada Wavelet vem como uma grande ajuda nesta área de análise de sinais, já que é capaz de extrair simultaneamente informações de tempo e freqüência, diferentemente da transformada de Fourier. A simulação dos diversos distúrbios ocorridos no sistema foi realizada através do software ATP (Alternative Transients Program), cujas características seguem corretamente um sistema de distribuição real da concessionária CPFL. Os distúrbios de tensão gerados e analisados foram detectados e localizados através da técnica de Análise Multiresolução e, posteriormente, classificados, utilizando para isto o método da Curva de Desvio Padrão / This dissertation presents a study of Wavelet transform applied to power quality in order to detect, locate and classify disturbances that may occur in the power system. Initially an introduction of power quality is presented, showing facts, evolutions and explaining the concept of the main phenomena that interfere the on power quality of the brazilian power system, due to, mainly, a great demand for electronic devices produced nowadays. A revision of the main methods and models currently applied in the world regarding this subject is also show. The Wavelet transform comes as a great support in the area of signal assessment, as it can extract information about time and frequency simultaneously, differently from the Fourier transform. The simulation of the diverse disturbances occurred in the system was accomplished through ATP software (Alternative Transients Program), whose characteristics correctly follow a system of real distribution of CPFL eletric utility. The generated and analyzed voltage disturbances were detected and located by Multiresolution Analysis technique and later classified by the method of the Standard Deviation

Cette thèse s’intéresse au problème de la qualité de l’énergie électrique sous l’angle particulier des harmoniques, leurs sources, leurs effets et les solutions permettant de les réduire. Deux solutions sont principalement considérées, les convertisseurs à indice de pulsation élevé et les filtres actifs. Ce travail a été mené en faisant porter l’accent sur le réseau électrique thaïlandais. C’est ainsi qu’une présentation de l’évolution de la façon dont l’électricité est produite, transportée et distribuée en Thaïlande est effectuée avant de décrire les contraintes imposées sur les harmoniques. Les différents systèmes de liaison à courant continu haute tension (CCHT) actuellement installés dans le monde sont rappelés avant de décrire en détails les différents composants et le contrôle de la liaison 300-600 MW existant entre la Thaïlande et la Malaisie. Après avoir ensuite présenté les différentes solutions envisageables de réduction des harmoniques, un exemple de réalisation, l’une des premières en Thaïlande utilisant un contrôle numérique, est détaillé afin d’illustrer les avantages de ce type de solution. La thèse se termine sur la présentation d’une méthode originale de modélisation des convertisseurs à indice de pulsation élevé. Cette modélisation repose sur une solution analytique exacte du problème d’état qui est considéré sur le plus petit intervalle permettant, en utilisant des propriétés de symétrie, de reconstruire la période de fonctionnement du dispositif. Le modèle ainsi développé donne des informations sur le fonctionnement du système tant dans les domaines fréquentiel que temporel / The problem of quality of electrical energy is the main object of this thesis. This problem is considered especially from the point of view of harmonics, sources, effects and solutions to reduce them. Two main solutions are considered, multi-pulse converters and active filters. This work is developed with a particular emphasis on the Thai electrical network. Then, the production, transmission and distribution system of electricity in Thailand and the harmonics regulations are presented. The different types of HVDC interconnection systems which are installed in the world today are detailed before presenting the 300/600 MW Thailand-Malaysia HVDC interconnection. After presenting the different possible solutions to avoid harmonics, a realized example, one of the first one developed in Thailand with a numerical control, is detailed to show the advantages of such a solution. The thesis ends on the presentation of an original modelling method of multi-pulse converters. The model is based on an exact analytical solution of the state problem which is considered on the smallest interval, which can, by using property of symmetry, rebuild the whole period. The result model gives the full information on the operation of the whole device both in time and frequency domains

Les défauts d’arcs électriques sont souvent la cause du déclenchement d’un incendie dans l’habitat. Les détecter constitue une amélioration de la sécurité électrique domestique. La contribution de cette thèse porte sur la problématique de l’identification et de la détection de défauts d’arcs électriques sur le réseau basse tension domestique (charge simple et combinée). Dans ce travail de thèse, le premier axe de recherche porte sur la mise en œuvre d’un modèle de simulation de réseau. Sur le modèle de réseau l’objectif est d’introduire à volonté et de manière graphique des charges de nature différentes associées à un défaut d’arc électrique série. La modélisation porte sur la source de tension, des charges domestiques, le défaut d’arc et le bloc d’analyse numérique du courant et de la tension pour la commande d’un disjoncteur. Le second axe de recherche porte la mise au point de méthodes de détection robuste d’un défaut d’arc électrique Quatre méthodes originales de détection portant sur la tension et le courant de ligne ont été développées dans le cadre de ce travail de thèse. Elles sont toutes basées sur l’analyse des caractéristiques fréquentielles et temporelles du courant de ligne. Toutes les méthodes produisent une information dont l’amplitude tend à s’accroître en présence d’un arc électrique. Toutefois, le caractère non déterministe et très variable des signaux produits par un arc électrique ainsi que la grande variabilité des charges et des perturbations qu’elles introduisent rendent la détection très difficile. L’ensemble des études s’est donc systématiquement composé d’une comparaison entre la situation avec et sans arcs. Le résultat a abouti à une approche combinée de plusieurs méthodes et d’un modèle simple de décision basé sur un simple seuil. Un prototype implémentant une partie de l’algorithme a montré la faisabilité d’un circuit en temps réel / The electrical arc faults are the cause of electrical home fire. Detecting them is an improvement of domestic electrical safety. The thesis contribution focuses on the problem of the electrical arc fault identification and detection in the domestic low voltage network. In this thesis, the first research objective is the modeling of a domestic electrical network. The aim of the modeling is to recreate graphically the loads and the topology of the real domestic electrical network associated with a series electrical arc fault. The modeling is made on the AC voltage source, domestic loads, arc fault model and a block of current and voltage analysis to control a circuit breaker. The second research objective is the development of a robust method for detecting arcing fault. Four detecting methods were developed as part of this thesis; they are based on the current analysis of frequency and time characteristics. All methods generate information whose amplitude tends to increase in the presence of an electric arc. However, the non-deterministic and random feature of the signals produced by the electrical arc fault as well as the large number and variability of loads and the disturbances which they introduce make the arc detection very difficult. All the studies consistently are composed of a comparison between the normal operation and arc fault signals. The result has resulted in a combined approach of some methodologies and a simple decision model based on a threshold. A prototype which contains a part of the algorithm was shown the feasibility of a circuit in real time

L'évolution du marché intérieur de l'électricité en France suit la vague de libéralisation auxquelles un certain nombre de services publics ont été soumis notamment sous l'impulsion du droit de l’Union européenne. La production et la fourniture d'électricité à tous les clients ne constituent plus un monopole légal, les activités de production, de transport, de distribution et de fourniture d'électricité se doivent d'être désormais juridiquement séparées et un régulateur du marché indépendant de l'Etat d'être mis en place. Cependant, ces modifications structurelles intervenues dans le secteur de l'électricité n'ont eu qu'un impact relatif sur l'activité de distribution. Ainsi, celle-ci reste maintenue sous le monopole de l'opérateur historique Electricité Réseau de France et par dérogation des quelques entreprises locales de distribution. Or cette situation apparaît contestable au regard du droit de l’Union européenne, mais également de la théorie générale du droit des contrats administratifs français et il semble, dès lors, difficilement envisageable qu'elle puisse être maintenue en l'état. Se pose donc, avec acuité, la question de l'ouverture à la concurrence de la distribution publique d'énergie électrique et plus largement, celle de l'accès à ces réseaux de distribution.L’activité de distribution publique d’électricité ne peut être appréhendée sans tenir compte des activités exercées en amont et en aval. Les opérateurs des activités sur les marchés de la production et de la fourniture doivent avoir accès aux réseaux de distribution. Le système actuel, sous le contrôle du régulateur national, donne satisfaction et permet l’accès des tiers aux réseaux de distribution dans des conditions transparentes et non discriminatoires, notamment par le biais de mécanismes de péréquation. En outre, la gestion du réseau est assurée de manière cohérente à une maille suffisamment élargie permettant des économies d’échelle et garantissant le rôle des collectivités territoriales, autorités organisatrices de la distribution publique d’électricité.Enfin, une ouverture à la concurrence de l’activité aurait pour conséquence de complexifier le système, de multiplier les coûts afférents et ne présenterait que des impacts très limités en terme d’amélioration tarifaire. En tout état de cause, elle impliquerait une refonte du système mis en place. / The evolution of the internal electricity market in France is following the wave of liberalization at the instigation of the European Union law. However, the electricity distribution system is maintained under the monopoly of the national historical operators. Even if this situation seems questionable, the current system, under the control of the national regulator, is satisfactory, allows third parties to access to the distribution networks under transparent and non discriminatory conditions and assures tariff equalization essential to the balance between territories. In addition, the management of the electrical network is provided consistently at an appropriate scale allowing mutualisation of infrastructure costs and ensuring the role of local authorities. An opening to competition of the activity would result in a more complex system and would present only a very limited impact in tenns of better pricing. In any case, it would imply an overhaul of the established system.

Extracting the Electric Network Frequency (ENF) fluctuations from an audio recording and comparing it to a reference database is a new technology intended to perform forensic digital audio authentication. The objective of this thesis is to implement and design a range of programs and algorithms for capturing and extracting ENF signals. The developed C-program combined with a probe can be used to build the reference database. Our implementation of the Short-Time Fourier Transform method is intended for the ENF extraction of longer signals while our novel proposed use of the Autoregressive parametric method and our implementation of the zero-crossing approach tackle the case of shorter recordings. A Graphical User Interface (GUI) was developed to facilitate the process of extracting the ENF fluctuations. The whole process is tested and evaluated for various scenarios ranging from long to short recordings.

Este trabalho apresenta um estudo sobre transformada Wavelet aplicada à qualidade da energia elétrica com o intuito de detectar, localizar e classificar eventuais distúrbios que ocorrem no sistema elétrico. Inicialmente é apresentada uma introdução sobre qualidade da energia, mostrando fatos, evoluções e explicando o conceito dos principais fenômenos que interferem na qualidade da energia do sistema elétrico brasileiro, devido, principalmente, à grande demanda de aparelhos eletrônicos produzidos atualmente. Em seguida é mostrada uma revisão dos principais métodos e modelos aplicados atualmente no mundo a respeito do assunto. A transformada Wavelet vem como uma grande ajuda nesta área de análise de sinais, já que é capaz de extrair simultaneamente informações de tempo e freqüência, diferentemente da transformada de Fourier. A simulação dos diversos distúrbios ocorridos no sistema foi realizada através do software ATP (Alternative Transients Program), cujas características seguem corretamente um sistema de distribuição real da concessionária CPFL. Os distúrbios de tensão gerados e analisados foram detectados e localizados através da técnica de Análise Multiresolução e, posteriormente, classificados, utilizando para isto o método da Curva de Desvio Padrão / This dissertation presents a study of Wavelet transform applied to power quality in order to detect, locate and classify disturbances that may occur in the power system. Initially an introduction of power quality is presented, showing facts, evolutions and explaining the concept of the main phenomena that interfere the on power quality of the brazilian power system, due to, mainly, a great demand for electronic devices produced nowadays. A revision of the main methods and models currently applied in the world regarding this subject is also show. The Wavelet transform comes as a great support in the area of signal assessment, as it can extract information about time and frequency simultaneously, differently from the Fourier transform. The simulation of the diverse disturbances occurred in the system was accomplished through ATP software (Alternative Transients Program), whose characteristics correctly follow a system of real distribution of CPFL eletric utility. The generated and analyzed voltage disturbances were detected and located by Multiresolution Analysis technique and later classified by the method of the Standard Deviation