Avec la crise pétrolière annoncée depuis quelques années déjà, le recours aux énergies alternatives connait une forte expansion ; parmi elles, l'énergie photovoltaïque, est une technologie prometteuse en termes de sécurité d'approvisionnement et de préservation de l'environnement. Néanmoins, elle présente deux principaux inconvénients : la production d'énergie n'est pas continue et la tension aux bornes des panneaux dépend fortement de la charge connectée. A travers nos travaux de recherche, nous proposons un système photovoltaïque autonome avec stockage permettant de réduire les contraintes citées plus haut. D'une part, un algorithme MPPT (Maximum Power Point Tracking) auto-adaptatif permet aux panneaux photovoltaïques de fonctionner suivant leur tension optimale, fournissant ainsi le maximum de puissance. D'autre part, l'unité de stockage d'électricité a été optimisée : en plus des batteries au plomb conventionnellement utilisées, des supercapacités ont été ajoutées en vue d'obtenir une unité hybride de stockage. Ainsi, les supercapacités remplissent une fonction « puissance » en faisant face aux pics de puissance, et les batteries la fonction « énergie » . L'ajout des supercapacités permet ainsi de mieux préserver les batteries en leur évitant de profondes décharges. Enfin, une gestion globale efficace permet au système de fournir un rendement optimal. / With the oil crisis announced in recent years, the use of alternative energy is experiencing strong growth, among them; photovoltaic energy is a promising technology in terms of supply security and environmental preservation. However, it has two main disadvantages: the production of energy is not continuous and the voltage across the PV panels heavily depends on the connected load. Through our research, we propose an autonomous photovoltaic system with storage to reduce the constraints mentioned above. On one hand, an auto-adaptive MPPT (Maximum Power Point Tracking) algorithm allows photovoltaic panels to operate according to their optimal tension, thus providing maximum power. On the other hand, the storage device has been optimized: supercapacitors are added to lead-acid batteries to obtain a hybrid storage unit. Thus, supercapacitors perform a "power" function by facing power peaks, and batteries, an "energy" function. The addition of supercapacitors preserves the batteries by avoiding deep discharge. Finally, an effective overall management allows the system to provide optimal performance.

Le but de ce travail consiste à concevoir et développer des outils de commande et de contrôle pour des systèmes à structures variables comprenant plusieurs sources d’énergie (photovoltaïque, éolienne…). L’approche proposée vise à développer les modèles appropriés pour la commande et la gestion de chaque partie du système. Les différents modèles tiendront comptes du caractère aléatoire de la production d’énergie issue des différentes sources en présence tout en veillant à assurer une gestion globale optimale. L’intérêt principal d’un tel système est la cohabitation des ressources et du stockage dans le but de sécuriser l’approvisionnement au consommateur. La thèse traite trois phases principales : Une phase de modélisation et de mise en place des commandes, suivies d’une phase de simulation puis une phase de validations et de tests. Ainsi le modèle de chaque sous-système de production a été élaboré en tenant compte des différentes caractéristiques (physique et géométrique) de la source considérée, pour la partie commande et contrôle des approches classiques en automatique ont été appliqué afin d’assurer la maximisation de la production, la stabilité de l’ensemble et le bon fonctionnement du système. Une fois les commandes validées, nous avons procédés à des simulations Hardware In the Loop, en implémentant les stratégies de maximisation d'énergie sur la banc d'essai en temps réel, et ce à l'aide d'une carte DSPACE1104, puis nous avons assemblés les différentes sources d'énergies en les couplant via le programme de gestion d'énergie proposé et mis au point. / The objective of this work is to design and develop tools for monitoring and control systems with variable structures with multiple energy sources (wind, solar, ...). The proposed approach aims to develop appropriate models for the control and management of each part of the system. The different models take into account of the random nature of the production of energy outcome from different available sources, while ensuring optimum overall management of system. The main advantage of this system is the coexistence of resources and storage system in order to secure the supply to the consumer. The thesis deals with three main phases: a phase of modeling and implementation of controls, followed by a simulation phase and a phase of validation and testing. So the model of each subsystem production was developed with consideration of its different characteristics (physical and geometrical), for the control section conventional approaches were applied automatically to ensure the maximization of the production, the stability of the assembly and the functioning of the system. for the part concerning the management and control, conventional approaches in automatic have been applied to ensure the maximization of production, the stability of the overall system and its proper functioning. Once control strategies validated, we have processed in simulations Hardware In the Loop, by implementing strategies to maximize energy on the benchmark in real time, using a DSPACE1104 card, then we assembled the different sources of energy by coupling them through the program of energy management proposed and developed.

L'objectif principal de cette thèse est le dimensionnement et l'optimisation de la production d'une petite installation d'énergie renouvelable dans une zone isolée. Afin de déterminer la taille de l'installation, une étude de la capacité de production du site et du type d'énergie à utiliser doit être effectuée. Un programme est réglé afin de minimiser le coût d'une installation de production d’énergie hybride photovoltaïque et éolienne dans des sites différents. L’étape suivante est l'optimisation de la production d'énergie de chacun de ces systèmes individuellement, en utilisant un contrôleur de logique floue pour la poursuite du point de puissance maximale. Cette technique est basée sur l'approche directe, imitant le « Perturb & Observe » algorithme et surmontant ses limites, comme l'oscillation autour du PPM. Le système flou nécessite un réglage fin pour maximiser son efficacité, il est donc combiné avec différents algorithmes d'optimisation pour définir les fonctions d'appartenance et de modifier les règles. Cinq approches ont été testées : la logique floue type 1 a été combinée d'abord avec un algorithme génétique, deuxièmement avec l’optimisation par essaim de particules, la troisième approche a appliqué la logique flou type 2 et ensuite l’a combiné avec les mêmes algorithmes d'optimisation précédemment utilisés, pour les deux dernières approches. La dernière partie de ce travail présente un superviseur basé sur la logique floue qui est adapté pour une installation hybride photovoltaïque éolienne isolée, pour obtenir un fonctionnement optimal du système en fonction des changements des conditions atmosphériques et de la demande d'énergie, en tenant compte de l'état de charge des batteries et la dissipation de la surcharge d’énergie. Les simulations sont effectuées pour tous les systèmes afin de montrer leur efficacité. / The main objective of this thesis is to size and optimise the production of a small renewable energy installation in a remote isolated area. In order to determine the size of the installation a study of the site capacities and the type of energy to be used must be carried out. A program is set in order to minimize the cost of a hybrid wind and solar energy installation in different sites. The next step is the optimisation of the energy production of each of these systems individually using a fuzzy logic controller to track the maximum power point. This technique is based on the direct approach, mimicking the Perturb & Observe algorithm and overcoming its limitations, such as oscillation around the MPP.The FLC requires fine tuning to maximise its efficiency, therefore it is combined with different optimisation algorithms to set the membership function and modify the rules. Five approaches were tested: type one fuzzy logic was combined first with genetic algorithm, second with particle swarm optimisation, the third approach applied type two fuzzy logic and then combined it with the same optimisation algorithms as previously used, for the final two approaches. The last part of this work introduces a fuzzy logic based supervisor that is adapted for an isolated remote hybrid PV Wind installation, to obtain an optimal functioning of the system according to the changes in atmospheric conditions and energy demand, taking into account the state of charge of the batteries and energy overflow dissipation. Simulations are run for all of the systems to show their efficiency and effectiveness.

Cette thèse présente un modèle unique du MASG (Modèle d’Architecture du Smart Grid) en considérant l 'état de l’art des différentes directives de recherche du smart grid. Le système hybride de génération d'énergie active marine-hydrogène a été modélisé pour représenter la couche de composants du MASG. Le système intègre l'électrolyseur à membrane d’échange de proton (à l’échelle de méga watt) et les systèmes de piles à combustible en tant que composants principaux du bilan énergétique. La batterie LiFePO4 est utilisée pour couvrir la dynamique rapide de l'énergie électrique. En outre, la thèse analyse le système de gestion de l'énergie centralisé et décentralisé. Le système multi-agents représente le paradigme du système décentralisé. La plate-forme JADE est utilisée pour développer le système multi-agents, en raison de son domaine d'application général, de ses logiciels à licence libre, de son interface avec MATLAB et de sa calculabilité avec les standards de la Fondation des Agents Physiques Intelligentes. Le système de gestion d'énergie basé sur JADE équilibre l'énergie entre la génération (système de conversion d'énergie marine-courant) et la demande (profil de charge résidentielle) pendant les modes de fonctionnement autonome et connecté au réseau. Le modèle proposé du MASG peut être considéré comme une étude de cas pilote qui permet l'analyse détaillée et les applications des différentes directions de recherche du smart grid. / This thesis presents a unique model of the SGAM (Smart Grid Architecture Model) with considering the state of the art of the different research directions of the smart grid and. The hybrid marine-hydrogen active power generation system has been modeled to represent the component layer of the SGAM. The system integrates the MW scale PEM electrolyzer and fuel cell systems as the main energy balance components. The LiFePO4 battery is used to cover the fast dynamics of the electrical energy. Moreover, the thesis analyzes the centralized and the decentralized energy management system. The MAS (Multi-Agent Systems) represents the paradigm of the decentralized system. The JADE platform is used to develop the MAS due to its general domain of application, open source and free license software, interface with MATLAB and the computability with the FIPA (Foundation of Intelligent Physical Agent) standards. The JADE based energy management system balances the energy between the generation (marine-current energy conversion system) and the demand side (residential load profile) during the stand-alone and the grid-connected modes of operation. The proposed model of the SGAM can be considered as a pilot case study that enables the detailed analysis and the applications of the different smart grid research directions.