L’électrification croissante des véhicules militaires va de pair avec la révolution « électrique » de ces dernières décennies. Aujourd’hui un véhicule militaire intègre plus de 120 consommateurs électriques. Cette évolution de l’électrification est également accompagnée de l’apparition de nouvelles fonctions comme le déplacement du blindé en mode furtif, animé grâce à une motorisation électrique. Dans ce contexte nous proposons de pré-dimensionner les différentes sources d’énergie du véhicule (dispositif de stockage, moteur, générateur, convertisseur). La transmission électrique est de type hybride parallèle mono-axe, l’arbre de sortie de la machine électrique est confondu avec l’arbre de sortie du moteur thermique. Ce choix est identique au prototype de véhicule blindé actuellement en étude. L’originalité des travaux repose sur le développement d’un modèle de l’emploi du véhicule pour sa phase d’utilisation la plus sensible, à savoir le combat de haute intensité. Ce modèle basé sur la matrice de Markov permet de générer aléatoirement de très nombreuses missions à partir d’une base de données enregistrée lors d’exercices d’entraînement au combat de haute intensité. Une seconde originalité réside dans la méthode de pré-dimensionnement proposée, associant le modèle d’emploi (statistique) aux modèles des flux de puissances décrivant le comportement du blindé. Le pré-dimensionnement obtenu est donc optimisé par rapport aux missions potentiellement réalisables par le véhicule. / Following the example of the civil automotive sector, the electrification of military vehicles has widely increased during the last decades. Today, a military armoured vehicle embeds more than 120 electrical consumers. New functionalities has appeared like the hybrid electrical propulsion mode that allows stealthy moves. In this context, we propose to size the different components of the electrical propulsion such as the electric motor/alternator, storage device, electronic power converter. The propulsion selected is of parallel hybrid type. The rotary shaft of the electric motor is of the same as the combustion engine’s. This choice is similar to an armoured vehicle prototype under development today. The first original contribution of this research is the design and the use of a predictive model for a mission scenario. This model has been developed for the most critical phase, which is the high intensity engagement. This model is based on a Markov matrix, that allows to produce a lot of different missions through a random process. Input data have been recorded during several high intensity combat real training sessions. A second original contribution is the calculation method proposed. It combines the statistical modelling of the missions with the modelling of the power flows that describe the vehicle behaviour. So, the results obtained are optimized with regard to the extended field of the possible vehicle missions.

L’introduction massive des sources de génération distribuée est un des challenges le plus importants dans les réseaux de distribution intelligents (aussi connus comme Smartgrids). Pour augmenter le taux de pénétration des sources de génération distribuées cette thèse se projette sur un scénario futur où les réseaux de distribution seront maillés. Afin de proposer des solutions qui faciliteront une migration vers de réseaux de distribution plus maillés, les deux objectifs majeurs qu’ont été fixés pour cette thèse sont:- L’étude d’une solution capable de moduler le flux de puissance (actif et réactif indépendamment) entre deux réseaux de distribution.- Par ailleurs, la solution évaluée doit aussi être capable d’améliorer la qualité de l’énergie dans un des réseaux ou d’empêcher la propagation des perturbations d’un réseau à l’autre.Pour satisfaire le double défi de contrôler le flux de puissance et la qualité de l’énergie simultanément, cette thèse propose l’utilisation d’un Unified Power Line Conditioner (UPLC). Compte tenu des capacités exceptionnelles de l’UPLC, l’ambition principale de cette thèse réside à explorer le potentiel et l’intérêt de l’utiliser pour interconnecter deux réseaux de distribution. Il ne faut néanmoins pas oublier que l’UPLC n’est pas le seul appareil à pouvoir combiner les fonctions de contrôle de flux de puissance et d’amélioration de la qualité électrique. Il existe, également, un appareil appelé Medium Voltage Direct Current (MVDC) qui est capable de réaliser les mêmes fonctions ou similaires. Dû à l’importance de ce fait, une partie de la thèse est consacré à la comparaison entre l’UPLC et le MVDC. / Large scale penetration of distributed generation is one of the most important challenges that Smartgrids will need to deal with. Among the possible solutions to increase the amount of distributed generation, there is one that consists in meshing the existing looped (but radially operated) distribution-grid topologies. In order to migrate towards meshed and actively operated topologies, this PhD proposes:- The study a solution that is able to modulate power-flow (active and reactive powers independently) in the ties between distribution grids.- The analyzed solution must also be able to improve power-quality or to avoid propagation of power quality disturbances from one grid to the other.In order to satisfy the double challenge of controlling power-flow and power quality simultaneously, this PhD proposes the use of a Unified Power Line Conditioner (UPLC). Considering the outstanding functionalities of UPLC, the main ambition of the PhD is to explore the potential and the interest of using such an apparatus for interconnecting MV distribution grids.It must nevertheless consider that UPLC is not the only a device capable of combining these functions. A device named Medium Voltage Direct Current (MVDC) can also deal with these multiple objectives. One part of the PhD is thus committed to a comprehensive comparison between both apparatus.

Les structures mécaniques complexes résultent de l'assemblage de plusieurs composants, possédant souvent des propriétés mécaniques différentes, reliés à leurs interfaces par différents types de jonctions. L'hétérogénéité des comportements dynamiques de ces sous-structures et leurs sollicitations extérieures vont générer des efforts sur la structure principale et des accélérations importantes au niveau des équipements embarqués, affectant leur fonctionnement, leur fiabilité, leur sécurité. Il est alors nécessaire de les protéger en les isolant du reste de la structure.Ces travaux concernent la maîtrise des niveaux vibratoires et visent à fournir une méthode de caractérisation dynamique des interfaces entre différentes sous-structures. Celle-ci est ensuite intégrée dans une démarche visant à minimiser la puissance transmise entre des sous-structures sources et réceptrices.Une méthode de modes de flux de puissance a été développée, dont les valeurs et efforts propres fournissent, respectivement, des informations quantitatives et qualitatives sur les flux de puissance à l'intérieur d'une structure. Son application à l'étude de la puissance transmise entre deux sous-structures permet d'identifier les directions et les participations des principaux chemins de puissance transitant par les jonctions.Ces résultats ont été appliqués afin de proposer une méthodologie de conception robuste des interfaces de structures. Deux démarches d'optimisation ont été comparées visant à minimiser la puissance transmise par rapport aux paramètres de raideurs des jonctions. L'importance de considérer la robustesse de ces solutions a été soulignée par une approche complémentaire non-probabiliste.

Les structures mécaniques complexes résultent de l’assemblage de plusieurs composants, possédant souvent des propriétés mécaniques différentes, reliés à leurs interfaces par différents types de jonctions. L’hétérogénéité des comportements dynamiques de ces sous-structures et leurs sollicitations extérieures vont générer des efforts sur la structure principale et des accélérations importantes au niveau des équipements embarqués, affectant leur fonctionnement, leur fiabilité, leur sécurité. Il est alors nécessaire de les protéger en les isolant du reste de la structure.Ces travaux concernent la maîtrise des niveaux vibratoires et visent à fournir une méthode de caractérisation dynamique des interfaces entre différentes sous-structures. Celle-ci est ensuite intégrée dans une démarche visant à minimiser la puissance transmise entre des sous-structures sources et réceptrices.Une méthode de modes de flux de puissance a été développée, dont les valeurs et efforts propres fournissent, respectivement, des informations quantitatives et qualitatives sur les flux de puissance à l’intérieur d’une structure. Son application à l’étude de la puissance transmise entre deux sous-structures permet d’identifier les directions et les participations des principaux chemins de puissance transitant par les jonctions.Ces résultats ont été appliqués afin de proposer une méthodologie de conception robuste des interfaces de structures. Deux démarches d’optimisation ont été comparées visant à minimiser la puissance transmise par rapport aux paramètres de raideurs des jonctions. L’importance de considérer la robustesse de ces solutions a été soulignée par une approche complémentaire non-probabiliste. / Complex mechanical structures are composed of an assembly of several components, often exhibiting different mechanical properties and joined at their interfaces by different junction types. The various dynamic behaviours of these substructures and the applied external loadings generate important efforts on the main structure, resulting in high acceleration responses of the on-board equipments, affecting their performance, reliability and security. It is therefore necessary to protect them from these harsh conditions by isolating them from the rest of the structure.These researches are related to structural vibration control and aim at proposing a new method to dynamically characterize interfaces between different substructures. This method is then integrated to a robust design approach to minimize the power transmitted between a source and a receiver substructure. A power flow mode method has been developed, which allows determining eigenvalues and eigenvectors respectively representing qualitative and quantitative information on the power flowing inside the structure. This has been further applied to study the power transmitted at the interface, making it possible to identify the direction associated to the dominant power flow pattern and to quantify their contribution.These results have been applied to propose a robust design approach of structural interfaces. Optimization procedures have been implemented and compared to minimize the power transmitted between with respect to the interface stiffness parameters. The importance of considering the robustness of these solutions has been underlined by performing a complementary analysis based on a non-probabilistic approach.

Le Dynamic Line Rating est la modification dynamique des contraintes de courant sur une ligne électrique aérienne, en accord avec la météorologie. De telles modifications permettent alors d’avoir des réductions des phénomènes de congestion près de 99% du temps.De manière similaire aux énergies renouvelables, il est possible de générer des prévisions de ces contraintes modifiées, en accord avec des observations historiques, des prévisions météorologiques et des méthodes d’intelligence artificielle.Dans cette thèse, nous proposons le développement de modèles de prévision probabilistes à court terme du DLR. Nous nous concentrons plus particulièrement sur des méthodes fournissant des prévisions ayant de très faibles probabilités d’être surestimées. Cela passe par le développement et la comparaison de plusieurs méthodes de prévision, ainsi que des améliorations comme des modifications de prévisions à très bas quantile à l’aide de remodélisations des queues de distribution.Par la suite, une réflexion est faite sur l’utilisation en pratique de ces prévisions, d’abord par des cas d’étude simplifié, puis à l’aide de simulations de réseaux électrique. Ces approches nous permettent de développer de nouvelles stratégies d’utilisation des prévisions DLR, optimisant le bien-être social tout en maintenant les risques associés aux erreurs de prévision à un niveau faible.Finalement, nous évaluons les modèles de prévisions développés en fonction de leurs performances économiques à l’aide des modèles de réseaux électriques, et nous démontrons la valeur des améliorations des modèles de prévision que nous proposons. / Dynamic Line Rating is the modification of the maximal current capacity of an overhead electrical line, depending on weather characteristics. Such modifications allow important decreases of congestion phenomena, around 99% of the time.Similarly to renewable generation, it is possible to forecast the modified constraints, accordingly to some historic observations, weather predictions and artificial intelligence methods.In this document, the development of short-term probabilistic DLR forecast models. A focus is especially made on methods providing forecasts having a very low probability of being overestimated. This is made through the development and the comparison of several forecast methods, and some improvements such as the remodelling of very low quantile forecasts with tail density modelling.Following that, a reflection is proposed on the use of such forecasts in practice, first with some simplified test cases, then with electrical grid simulations. These approaches allow us developing new strategies for the use of the DLR forecasts, maximizing the social welfare while keeping risks associated with forecasts errors at low levels.Finally, an evaluation of the forecast models function of their economic value is made with the electrical grids models, and the value of the proposed modifications of the forecast models is then demonstrated.

L'électricité joue un rôle de plus en plus important dans notre société. En effet, nous nous dirigeons vers l'ère du "tout électrique". Les besoins évoluant, il est indispensable de repenser la manière dont l'électricité est produite et distribuée. Cela introduit le concept de Smart Grid. Le Smart Grid est un concept de réseau électrique capable de supporter de manière autonome et intelligente les changements et pannes qui pourraient survenir dans un réseau. Cela répond directement au fait que de part la nature fortement distribuée et l'imprédictibilité de l'environnement (météo, ...), ces événements sont imprévisibles. Pour cela, cette thèse propose un cadre applicatif (framework) innovant basé sur les multi-agents ainsi que la conception et l'implémentation de comportements coopératifs pour résoudre deux problémes courants dans les réseaux électriques: l'analyse des flux de puissance et l'estimation d'état. Ces problèmes ont été abordés avec l'approche des Systèmes Multi-Agent Adaptatifs. Ces systèmes sont efficaces pour résoudre des problèmes complexes et ont la capacité d'adapter leur fonctionnement aux évolutions de leur environnement. Les résultats obtenus indiquent la pertinence d'utiliser de tels systèmes adaptatifs pour résoudre les problèmes inhérents au concept de Smart Grid. / Electricity plays an increasingly important role in our society. Indeed, we are moving toward the era of "everything electric". The needs evolving, it is mandatory to rethink the way electricity is produced and distributed. This then introduces the concept of an autonomous and intelligent power system called the Smart Grid. The Smart Grid is a concept of electrical network able to support autonomously any changes and faults that may occur. Obviously, the geographical distribution of electrical networks and the environment (weather conditions, ...) make it impossible to predict events that will occur. To do this, this study proposes an innovative agent-based framework as well as the design and implementation of cooperative agents behaviors aiming at solving common power systems related problems: the Load Flow analysis and the State Estimation. These issues have been addressed by the mean of Adaptive Multi-Agent Systems. These systems are known to be efficient to solve complex problems and have the ability to adapt their functioning to the evolutions of their environment. The results obtained show the relevance of using such self-adaptive systems to solve the issues inherent to the Smart Grid.

L'augmentation envisagée de la pénétration des unités de production d'énergies décentralisées raccordées au réseau de distribution amène à revoir l'architecture physique et algorithmique de ce dernier. En effet, une insertion massive avec le schéma de réseau tel qu'il apparaît aujourd'hui, impliquera des problèmes au niveau du plan de tension, du schéma de protection, voire de la stabilité. L'électronique de puissance trouve là un champ fertile d'applications notamment pour tout ce qui est de la régulation de la circulation des flux énergétiques et du réglage du plan de tension. Les travaux menés dans cette thèse ont trait à une solution d'électronique de puissance de type série qui est à même de régler les transits de puissances active et réactive. Ce système permet également, sans modification de son architecture, de limiter les courants de court circuit. Le réseau envisagé pour l'étude est de type bouclé ou maillé ce qui préfigure la tendance des réseaux du futur. Les travaux théoriques relatifs aux différents niveaux de contrôle-commande ont été confrontés à l'expérimental avec succès. Le plan d'expérimentation consiste en une simulation temps réel hybride avec le compensateur réel et le réseau émulé et interfacé par de la puissance.

A l'heure où l'automobile doit répondre à des enjeux environnementaux majeurs, le dimensionnement de la chaîne de traction est l'une des problématiques clef dans la conception d'un véhicule électrique hybride afin d'améliorer sa consommation énergétique. Dans ce contexte, nous proposons de pré-dimensionner les éléments de la chaîne de traction (moteur thermique, machine électrique et batterie) en considérant les profils de mission liés à l'usage du véhicule (urbain, extra-urbain) et sans choix a priori, ni de la structure (série ou parallèle), ni de la puissance nominale des composants. L'originalité des travaux repose ainsi sur deux axes. D'une part, un modèle de l'usage d'un véhicule est développé afin de caractériser une mission définie par le trio de variables {vitesse ; accélération ; inclinaison}. Ce modèle, basé sur la matrice de Markov, permet de conserver la corrélation entre les trois variables ainsi que leurs caractéristiques statistiques. Suite à cette modélisation, de nombreuses missions peuvent être générées aléatoirement. D'autre part, la chaîne de traction hybride est modélisée selon une approche par flux de puissance pour les deux structures série et parallèle. Des modèles génériques adimensionnels des composants sont alors utilisés de manière à ne pas faire de choix a priori sur leur valeur nominale et une stratégie de gestion de l'énergie en ligne maximisant le rendement de la chaîne de traction est proposée. Enfin, un algorithme de dimensionnement a été développé de manière à minimiser la consommation de carburant du véhicule sur un ensemble de missions simulées. Le dimensionnement obtenu est donc optimisé par rapport à l'usage prévu du véhicule.

Cette thèse a pour objet la résolution exacte d’un problème d’optimisation des flux de puissance (OPF) dans un réseau électrique. Dans l’OPF, on doit planifier la production et la répartition des flux de puissances électriques permettant de couvrir, à un coût minimal, la consommation en différents points du réseau. Trois variantes du problème de l’OPF sont étudiées dans ce manuscrit. Nous nous concentrerons principalement sur la résolution exacte des deux problèmes (OPF − L) et (OPF − Q), puis nous montrerons comment notre approche peut naturellement s’´étendre à la troisième variante (OPF − UC). Cette thèse propose de résoudre ces derniers à l’aide d’une méthode de reformulation que l’on appelle RC-OPF. La contribution principale de cette thèse réside dans l’étude, le développement et l’utilisation de notre méthode de résolution exacte RC-OPF sur les trois variantes d’OPF. RC-OPF utilise également des techniques de contractions de bornes, et nous montrons comment ces techniques classiques peuvent être renforcées en utilisant des résultats issus de notre reformulation optimale. / Alternative Current Optimal Power Flow (ACOPF) is naturally formulated as a non-convex problem. In that context, solving (ACOPF) to global optimality remains a challenge when classic convex relaxations are not exact. We use semidefinite programming to build a quadratic convex relaxation of (ACOPF). We show that this quadratic convex relaxation has the same optimal value as the classical semidefinite relaxation of (ACOPF) which is known to be tight. In that context, we build a spatial branch-and-bound algorithm to solve (ACOPF) to global optimality that is based on a quadratic convex programming bound.

Cette thèse propose un large éventail d'approches afin d'améliorer différents aspects de l'analyse des flux de puissance avec comme fils conducteur l'utilisation du processeurs graphiques (GPU). Si les GPU ont rapidement prouvés leurs efficacités sur des applications régulières pour lesquelles le parallélisme de données était facilement exploitable, il en est tout autrement pour les applications dites irrégulières. Ceci est précisément le cas de la plupart des algorithmes d'analyse de flux de puissance. Pour ce travail, nous nous inscrivons dans cette problématique d'optimisation de l'analyse de flux de puissance à l'aide de coprocesseur de type GPU. L'intérêt est double. Il étend le domaine d'application des GPU à une nouvelle classe de problème et/ou d'algorithme en proposant des solutions originales. Il permet aussi à l'analyse des flux de puissance de rester pertinent dans un contexte de changements continus dans les systèmes énergétiques, et ainsi d'en faciliter leur évolution. Nos principales contributions liées à la programmation sur GPU sont: (i) l'analyse des différentes méthodes de parcours d'arbre pour apporter une réponse au problème de la régularité par rapport à l'équilibrage de charge ; (ii) l'analyse de l'impact du format de représentation sur la performance des implémentations d'arithmétique floue. Nos contributions à l'analyse des flux de puissance sont les suivantes: (ii) une nouvelle méthode pour l'évaluation de l'incertitude dans l'analyse des flux de puissance ; (ii) une nouvelle méthode de point fixe pour l'analyse des flux de puissance, problème que l'on qualifie d'intrinsèquement parallèle. / This thesis addresses the utilization of Graphics Processing Units (GPUs) for improving the Power Flow (PF) analysis of modern power systems. Currently, GPUs are challenged by applications exhibiting an irregular computational pattern, as is the case of most known methods for PF analysis. At the same time, the PF analysis needs to be improved in order to cope with new requirements of efficiency and accuracy coming from the Smart Grid concept. The relevance of GPU-enhanced PF analysis is twofold. On one hand, it expands the application domain of GPU to a new class of problems. On the other hand, it consistently increases the computational capacity available for power system operation and design. The present work attempts to achieve that in two complementary ways: (i) by developing novel GPU programming strategies for available PF algorithms, and (ii) by proposing novel PF analysis methods that can exploit the numerous features present in GPU architectures. Specific contributions on GPU computing include: (i) a comparison of two programming paradigms, namely regularity and load-balancing, for implementing the so-called treefix operations; (ii) a study of the impact of the representation format over performance and accuracy, for fuzzy interval algebraic operations; and (iii) the utilization of architecture-specific design, as a novel strategy to improve performance scalability of applications. Contributions on PF analysis include: (i) the design and evaluation of a novel method for the uncertainty assessment, based on the fuzzy interval approach; and (ii) the development of an intrinsically parallel method for PF analysis, which is not affected by the Amdahl's law.