Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse rappelle les fondements du pilotage des systèmes logistiques et montre l'intérêt de la mise en place d'un SCP (Systèmes Contrôlés par le Produit). L'intégration de tels systèmes doit d'abord prendre en compte la cohérence entre les différents éléments le constituant. Ainsi les systèmes centralisés cherchent à proposer des plans de moyen-long termes visant un optimal de coût, mais aussi une certaine stabilité et peu de nervosité dans le temps. Par ailleurs, les systèmes distribués ont démontré leur capacité à permettre une réaction rapide à des événements impromptus survenant dans le système physique. L'hybridation de ces deux types de pilotage est donc une voie de gain de productivité pour les systèmes logistiques et industriels. Le premier chapitre de la thèse décrit l'évolution des systèmes de planification et de pilotage de la production, avec l'objectif d'identifier les forces et faiblesses des différentes approches proposées jusqu'à nos jours et permettent définir l'objectif général de la thèse. Le chapitre deux analyse l'état de l'art concernant les outils de modélisation des systèmes de production centralisés/distribués et aussi le concept de contrôle par le produit. Ce chapitre sert de base pour définir les objectifs spécifiques de la thèse. Le chapitre trois présente le cadre de modélisation proposé. Ce cadre est basé sur une approche cybernétique, et plus spécifiquement sur le modèle de système viable (VSM). Le chapitre démarre avec une présentation générale du modèle de système viable, puis présente un modèle générique de modélisation de systèmes contrôlés par le produit. Enfin, le chapitre décrit une application de ce cadre général aux systèmes de planification et pilotage de la production de type SCP. Le chapitre quatre définit les différentes méthodes de décision, tant centralisées que distribuées, développées pour l'implémentation du modèle générique définit dans le chapitre trois. Aux niveaux centralisés et distribués ces méthodes sont basées sur des modèles de programmation mathématique développés pour considérer l'adaptabilité et la flexibilité du système. Le chapitre cinq montre les principaux résultats dans une application basée sur un cas industriel qui a nécessité le développement d'un outil de simulation qui considère des variables de court, moyen et long termes pour les différents modèles d'optimisation. Ces résultats montrent l'intérêt de ce type d'hybridation / This thesis is concerned with the foundations of the planning and control logistics systems and shows the interest of the PDS (Product-driven Systems) applied in this context. The development of such systems must consider the coherence between the different components. Centralized systems offer long terms plans aiming an optimal cost, but also some stability and nervousness reduction. Distributed systems allow a fast reaction to perturbations happening in the physical system. Then, the hybridization of these two kinds of planning and control systems is a way of increase productivity for logistic and industrial systems. The first chapter of the thesis describes the evolution of the production planning and control systems, to identify forces and weaknesses of the different approaches proposed until our days and allow to define the general objective of the thesis. Chapter two analyses the state of the art concerning the tools for modeling hybrid centralized/distributed production systems and also the concept of product-driven systems. This chapter serves as a basis to define the specific objectives of the thesis. Chapter three introduces the proposed modeling framework. This framework is based on a cybernetic approach, and more specifically in the Viable System Model (VSM). The chapter starts with a general presentation of VSM and then introduces a generic framework to model PDS. Finally, this chapter describes an application for production planning and control. Chapter four defines the different decision methods developed for the implementation of the generic model defined in the chapter three. At centralized and distributed levels these methods are based on mathematical programming models. Chapter five shows the main results of an application based on an industrial case which required the development of a simulation tool which considers variables of short, médium and long terms for the different optimization models. These results show the interest of this type of hybridization

Cette thèse rappelle les fondements du pilotage des systèmes logistiques et montre l'intérêt de la mise en place d'un SCP (Systèmes Contrôlés par le produit). L'intégration de tels systèmes doit d'abord prendre en compte la cohérence entre les différents éléments le constituant. Ainsi les systèmes centralisés cherchent à proposer des plans de moyen, long termes visant un optimal de coût, mais aussi une certaine stabilité et peu de nervosité. Par ailleurs, les systèmes distribués ont démontré leur capacité à permettre une réaction rapide à des événements impromptus survenant dans le système physique. L'hybridation de ces deux types de pilotage est donc une voie de gain de productivité pour les systèmes logistiques et industriels. Le premier chapitre de la thèse décrit l'évolution des systèmes de planification et de pilotage de la production, avec l'objectif d'identifier les forces et faiblesses des différentes approches proposées jusqu'à nos jours et permettent définir l'objectif général de la thèse. Le chapitre deux analyse l'état de l'art concernant les outils de modélisation des systèmes de production centralisés/distribués et aussi le concept de contrôle par le produit. Ce chapitre sert de base pour définir les objectifs spécifiques de la thèse. Le chapitre trois présente le cadre de modélisation proposé. Ce cadre est basé sur une approche cybernétique, et plus spécifiquement sur le modèle de système viable (VSM). Le chapitre démarre avec une présentation générale du modèle de système viable, puis présente un modèle générique de modélisation de systèmes contrôlés par le produit. Enfin, le chapitre décrit une application de ce cadre général aux systèmes de planification et pilotage de la production de type SCP. Le chapitre quatre définit les différentes méthodes de décision, tant centralisées que distribuées, développées pour l'implémentation du modèle générique définit dans le chapitre trois. Aux niveaux centralisés et distribués ces méthodes sont basées sur des modèles de programmation mathématique développés pour considérer l'adaptabilité et la flexibilité du système. Le chapitre cinq montre les principaux résultats grâce à une application basée sur un cas industriel qui a nécessité le développement d'un outil de simulation qui considère des variables de court, moyen et long termes pour les différents modèles d'optimisation. Ces résultats montrent l'intérêt de ce type d'hybridation.

Les énergies renouvelables, l’énergie sous la forme électrique et son transport à l’aide de réseaux électriques intelligents représentent aujourd’hui des enjeux majeurs car ils ont de grands impacts environnementaux et sociétaux. Ainsi, la production, le transport et la gestion de l’énergie électrique, continuent toujours à susciter un intérêt croissant. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs verrous technologiques doivent être levés. Au-delà des questions liées aux architectures des réseaux électriques, aux modèles, aux outils de dimensionnement, à la formalisation de caractéristiques et d’indicateurs, aux contraintes et aux critères, à la gestion et à la production décentralisée, la qualité de la puissance électrique est centrale pour la fiabilité de l’ensemble du système de distribution. Les perturbations affectent la qualité des signaux électriques et peuvent provoquer des conséquences graves sur les autres équipements connectés au réseau. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans ce contexte et de fait ils sont orientés vers le développement de modèles, d’indicateurs et de méthodes de traitement des signaux dédiés à la surveillance en temps-réel des performances des réseaux de distribution électrique.Cette thèse analyse la qualité de la puissance électrique, en prenant en compte plusieurs caractéristiques bien connues ainsi que leur pertinence. Les modèles des systèmes électriques et les méthodes de traitement du signal pour estimer leurs paramètres sont étudiés pour des applications en temps-réel de surveillance, de diagnostic et de contrôle sous diverses conditions. Parmi tous, la fréquence fondamentale est l’un des paramètres les plus importants pour caractériser un système de distribution électrique. En effet, sa valeur qui est censée être une constante, varie en permanence et reflète la dynamique de l’énergie électrique disponible. La fréquence peut également être affectée par certaines productions d’énergie renouvelable et peut être influencée par des mauvaises synchronisations de certains équipements. En outre, la puissance absorbée par les charges ou produite par des sources est généralement différente d’une phase à l’autre. Évidemment, la plupart des installations électriques existantes avec plusieurs phases, qu’elles soient résidentielles ou industrielles, travaillent dans des conditions déséquilibrées. Identifier les composantes symétriques de tension est dans ce cas un moyen pertinent pour quantifier le déséquilibre entre les phases d’un système électrique.De nouvelles représentations de type espace d’état et modélisant des systèmes électriques sont proposées pour estimer la fréquence fondamentale et pour identifier les composantes symétriques de tension des systèmes électriques triphasés et déséquilibrés. Le premier modèle d’espace d’état proposé considère la fréquence fondamentale comme connue ou obtenue par un autre estimateur. En contrepartie, il fournit les autres paramètres caractérisant le système électrique. Un second modèle d’état-espace est introduit. Il est original dans le sens où il ne nécessite aucune connaissance de la fréquence fondamentale. Une de ses variables d’état est directement reliée à la fréquence et permet donc de la déduire. En outre, ce nouvel espace d’état est parfaitement capable de représenter des systèmes électriques à trois phases équilibrés et non équilibrés. [...] / Renewable energy, electricity and smart grids are core subjects as they have great environmental and societal impacts. Thus, generating, transporting and managing electric energy, i.e., power, still continue to drive a growing interest. In order to properly achieve these goals, several locks must be removed. Beyond issues related to the distribution architecture, the formalization of models, sizing tools, features and indicators, constraints and criteria, decentralized generation and energy management, power quality is central for the whole grid’s reliability. Disturbances affect the power quality and can cause serious impact on other equipment connected to the grid. The work of this thesis is part of this context and focuses on the development of models, indicators, and signal processing methods for power quality monitoring in time-varying power distribution systems.This thesis analyzes the power quality including several well-known features and their relevance. Power system models and signal processing methods for estimating their parameters are investigated for the purpose of real-time monitoring, diagnostic and control tasks under various operating conditions. Among all, the fundamental frequency is one of the most important parameters of a power distribution system. Indeed, its value which is supposed to be a constant varies continuously and reflects the dynamic availability of electric power. The fundamental frequency can also be affected by renewable energy generation and by nasty synchronization of some devices. Moreover, the power absorbed by loads or produced by sources is generally different from one phase to the other one. Obviously, most of the existing residential and industrial electrical installations with several phases work under unbalanced conditions. Identifying the symmetrical components is therefore an efficient way to quantify the imbalance between the phases of a grid. New state-space representations of power systems are proposed for estimating the fundamental frequency and for identifying the voltage symmetrical components of unbalanced three-phase power systems. A first state-space representation is developed by supposing the fundamental frequency to be known or to be calculated by another estimator. In return, it provides other parameters and characteristics from the power system. Another original state-space model is introduced which does not require the fundamental frequency. Here, one state variable is a function of the frequency which can thus be deduced. Furthermore this new state-space model is perfectly are able to represent a three-phase power system in both balanced and unbalanced conditions. This not the case of lots of existing models. The advantage of the proposed state-space representation is that it gives directly access to physical parameters of the system, like the frequency and the amplitude and phase values of the voltage symmetrical components. Power systems parameters can thus be estimated in real-time by using the new state-space with an online estimation process like an Extended Kalman Filter (EKF). The digital implementation of the proposed methods presents small computational requirement, elegant recursive properties, and optimal estimations with Gaussian error statistics.The methods have been implemented and validated through various tests respecting real technical constraints and operating conditions. The methods can be integrated in active power filtering schemes or load-frequency control strategies to monitor power systems and to compensate for electrical disturbances.