L'évolution des réseaux électriques combinés avec les réseaux et les infrastructures des technologies de l'information et de la communication a donné lieu à une nouvelle génération de réseaux appelés Réseaux électriques intelligents (Smart grids). Ces réseaux ont des exigences relativement aux architectures de communication et des services. Cette génération de réseaux requiert également la mise en œuvre de services pour leur monitoring et leur surveillance. Avec la venue des compteurs intelligents, il devient possible de faire communiquer les foyers avec un centre de contrôle et de monitoring, ce qui permet de gérer et de contrôler à distance les appareils se trouvant dans le foyer. Les réseaux intelligents offrent également la possibilité d'intégrer des énergies alternatives et renouvelables comme l'énergie solaire ou l'énergie éolienne. Tout foyer connecté au réseau peut non seulement consommer de l'énergie provenant d'un réseau électrique comme celui d'Hydro-Québec, mais également produire de l'énergie et la rendre disponible aux autres foyers. Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés à plusieurs de ces aspects et nous formulons des propositions pour répondre aux nouveaux besoins crées par ces réseaux. Nous avons proposé des infrastructures de communication impliquant des réseaux sans fil et une architecture permettant de connecter les différents éléments du réseau et les équipements des foyers (appareils électriques, appareils électroménagers, etc.). Nous avons proposé plusieurs services pour effectuer le contrôle et le monitoring du réseau et des équipements des foyers à travers les compteurs intelligents. À cet effet, nous avons utilisé des services Web. Nous avons proposé une procédure d'ordonnancement des appareils électriques et électroménagers des foyers en vue de gérer leurs consommations et faire face aux situations de panne, notamment dans les chutes de tension. Nous avons également développé des services et une application pour donner accès à ces services à travers des appareils portables, notamment les téléphones mobiles intelligents. Pour permettre aux fournisseurs d'énergie de mettre à la disposition des usagers du réseau le surplus d'énergie qu'ils produisent, nous avons mis sur pied une infrastructure et des mécanismes d'échange pour la négociation de l'offre et de la demande d'énergie. Ce mécanisme utilise les agents mobiles. Ces agents sont des programmes qui voyagent à travers le réseau grâce à un protocole de routage spécifique en vue de trouver les meilleurs fournisseurs qui répondent aux demandes des foyers qui ont un besoin en énergie. Ce protocole de routage est évalué par simulation, et les résultats sont présentés et discutés dans ce mémoire, démontrant ainsi des bonnes performances. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : réseaux électriques intelligents, compteurs intelligents, monitoring et contrôle de la distribution d'énergie, gestion de la consommation électrique, ordonnancement, communication sans fil, agents mobiles.

L'objectif de ce travail est, d'une part, de définir une méthode de résolution pour le problème de la Mobilisation de la Réserve Tertiaire (MR T) en tenant compte des contraintes de transits actifs du réseau de transport Très Haute Tension à Electricité de France et, d'autre part, de . développer une maquette informatique capable de tester cette méthode de résolution. Actuellement, l'action de MRT èst déclenchée lorsque un déséquilibre sérieux (on parle "d'aléa") entre les niveaux de production et de consommation survient et que les réglages automatiques (dits primaire et secondaire) atteignent leurs limites; l'opérateur est alors contraint d'intervenir "manuellement" sur les consignes des groupes de production pour restaurer les marges de sécurité du système électrique. L'approche que nous proposons, fondée sur un algorithme d'exploration de l'espace des solutions techniquement réalisables, permet de toujours obtenir une solution, éventuellement partielle faute de mieux. Complétée progressivement par des heuristiques, l'exploration est guidée par une liste, ordonnée, d'unités thermiques et hydrauliques mobilisables et par une liste, également classée, de critères que la solution recherchée doit s'efforcer de vérifier au maximwn. Ces deux listes sont établies par l'opérateur en fonction de son intuition et de sa connaissance du système électrique. La conception de l'outil proposé repose sur la programmation orientée objet (C++). Entièrement paramétrable par l'opérateur, la plate-forme réalisée utilise les structures de données d'EDF et comporte de nombreuses interfaces avec des logiciels existants. De ce travail, nous retenons que notre outil pourrait être prochainement intégré dans une plate-forme informatique d'EDF et devenir un élément de base réutilisable et extensible pour de futures études.

Ce projet étudie la réalisation d'un marché d'énergie éolienne en France. Les marchés d'énergie éolienne sont souvent désignés comme des "marchés politiques" : D'une part, l'énergie éolienne réduit les émissions de CO2 et retarde les effets de la production d'électricité sur le changement climatique. D'autre part, comme bien économique, l'énergie éolienne se dit souffrir "d'handicaps" technico-économiques (les coûts élevés, la production fluctuante et imprévisible, etc.). Par conséquent, en raison de sa performance comme bien économique, il est argumenté que la survie de l'énergie éolienne dans le marché est fondée sur différents instruments, dont certains que je qualifierai de "prothèses". Cette thèse s'interroge sur deux de ces prothèses : Le tarif d'achat et les Zones de Développement Eolien (ZDE) comme ils sont négociés et mis en pratique en France, ainsi que la manière dont ils affectent la réalisation des marchés de l'énergie.

Le besoin de décarboniser le réseau électrique met l'accent sur la recherche de nouvelles ressources énergétiques renouvelables. Les systèmes de génération d'électricité à cycle de relaxation représentent notamment une classe intéressante de celles-ci. Un tel système doit retrouver périodiquement un état qui permet la production d'énergie, ce qui entraîne un cycle à deux phases : une phase de génération et une phase de récupération qui consomme l'énergie. Un de ces systèmes est celui de traction à base de cerf-volant, appelé le Kite Generator System (KGS). Il s'agit d'une solution proposée pour extraire l'énergie du vent stable et forte dans les hautes altitudes. Son principe de fonctionnement est d'entraîner mécaniquement un générateur électrique au sol en utilisant un ou plusieurs cerfs-volants captifs. Cette thèse porte sur l'optimisation et le contrôle du cycle de relaxation afin de maximiser la puissance moyenne produite par le système. Ainsi que l'Intégration du système sur le réseau électrique ou l'employer pour alimenter une charge isolée.

Après avoir présenté les différentes méthodes de mesures des paramètres de propagation dans les câbles d’énergie électrique, nous justifions notre choix de faire la mesure de ces paramètres jusqu'à 100 MHz à l’aide d’un impédance-mètre. Nous validons ensuite la méthode de mesures et d’estimations des différents paramètres sur un câble de référence (câble 50 Ω). Cette phase nous a conduits à développer une méthode originale d’estimation des paramètres de propagation qui permet de s’affranchir des artefacts de mesures. Nous présentons ensuite une étude comparative sur des câbles secteurs répondant aux mêmes normes électriques. Cette étude met en évidence la variabilité des paramètres de propagation : d’un fabricant à l’autre (utilisation de diélectriques différents), pour des types de conducteurs différents (rigide : U1000 R02V versus flexible : H07VVF), pour des sections différentes (1.5 mm² et 2.5 mm²). Pour une modélisation optimale, on doit disposer des paramètres de propagation des câbles propres à l’installation étudiée. De plus, ces paramètres ne doivent pas être modifiés lors de l’installation (à proximité d’un conducteur : chemin de câble, en effectuant des boucles,…).La dernière partie commence par présenter les différents types de bruits présents sur le canal CPL (bruits temporels et bruits fréquentiels). Cette partie nous permet de présenter une méthode originale d'estimation du bruit de fond du canal moins sensible aux brouilleurs fréquentiels. Nous comparons, ensuite, les mesures de propagations de signaux effectuées sur plusieurs réseaux simples avec des résultats de simulation (utilisation de matrices de chaîne). Cette comparaison valide la méthode de mesures et d’estimation des paramètres de propagations, ainsi que la modélisation d’un réseau électrique simple. Enfin cette étude montre les limites de cette modélisation dans le cas d’une installation réelle. En effet, elle ne prend pas en compte par exemple : les « paramètres d’installations », ni les phénomènes de rayonnement. / After presenting the different methods to measure the power line cables propagation parameters, we justify our choice to measure these parameters up to 100 MHz using an impedance meter. Then, we validate the method of measurements and estimate these parameters on a reference cable (50 Ω cable). This phase has led us to develop a novel method for estimating propagation parameters that can overcome the measure artifacts. Afterwards, we present a comparative study on power line cable responding to the same electrical standards. This study highlights the variability of propagation: one manufacturer to another (using different dielectric), for different types (rigid versus flexible: U1000 R02V / H07 VVF) for different sections (1.5 mm² 2.5 mm²). For an optimal model is therefore essential to have the propagation parameters for the specific cable installation studied. Moreover, the grid should not be changed during installation (near the driver: cable trays, performing loops ...).The final section begins by presenting the different types of noise present on the PLC channel (time-domain and frequency-domain noise). This part allows us to present an original method for estimating the background noise of the channel less sensitive to frequency-jammers. We compare measurements on several simple network topologies with simulation results (using chain matrices). This comparison allows us to validate the method of measurement, the power line cable propagation parameter estimation, and a simple grid model. Finally, this study shows the limits of this model in the case of an actual installation. Indeed, it does not take into account e.g. the “installation parameters” or the phenomena of radiation.

RésuméLa République Démocratique du Congo est dotée d’un potentiel hydroélectrique estimé à 100.000MW répartis sur 217 sites, dont 2.6% du potentiel est exploité à ce jour. Malgré ce potentiel, malheureusement le taux d’accès de la population congolaise à l’électricité est de 9%, contre une moyenne africaine évaluée à 24.6%. La province du Katanga étant le poumon économique de la RDC est dotée de 24 sites pouvant produire une puissance exploitable de 1952MW, mais actuellement, seulement 4 sites sont en exploitation pour une puissance de 468MW.Suite à l’intensification d’activités industrielles dans la province du Katanga pour la production de matières premières (cuivre et cobalt essentiellement) ces dernières années et à l’accroissement de la population urbaine, la demande en énergie électrique ne fait qu’augmenter d’année en année. Le gestionnaire de réseau face à cette réalité, recourt en permanence à l’importation d’électricité depuis la Zambie pour satisfaire la clientèle. Mais malgré ce recours, la charge n’est pas totalement satisfaite, alors le gestionnaire est conduit à instaurer une politique de délestage tournant pour soulager son réseau électrique.Le but de notre thèse est l’amélioration de la fiabilité/sécurité d’approvisionnement du réseau katangais par des approches locales qui sont constituées de construction de nouvelles centrales électriques et de voir dans quelle mesure le recours au stockage peut contribuer à cette amélioration. La fiabilité du système électrique sera caractérisée par les indicateurs de fiabilité de niveaux hiérarchiques I et II. Pour atteindre notre objectif, une modélisation simplifiée, mais suffisamment détaillée, du réseau électrique sud/SNEL (Société Nationale d’Electricité) s’est avérée nécessaire, et l’application des outils de résolution des OPF (Optimal Power Flow) à ce réseau nous a permis d’estimer les indicateurs de fiabilité et de faire également l’analyse de sécurité du système. Cette analyse a servi à identifier les lignes et transformateurs candidats au renforcement du réseau.Les résultats obtenus ont montré une faible influence de l’utilisation des unités de stockage sur les indicateurs de fiabilité au niveau de la haute tension. Néanmoins des bons résultats ont été obtenus lors de l’utilisation du stockage au niveau de la distribution. Pour améliorer davantage les indicateurs de fiabilité, nos recherches présentent les perspectives sur les modèles de charge, la prise en compte d’un modèle de réseau étalé jusqu’à la moyenne tension ainsi d’une étude dynamique. SummaryThe Democratic Republic of Congo (DRC) is endowed with a hydroelectric potential estimated at 100.000MW. This potential is distributed on 217 sites, among which only 2.6% is exploited to this day. But unfortunately, in spite of this potential, only 9% of the Congolese population have access to electricity, while the African average is estimated at 24.6%. The province of Katanga, considered as the economic lung of the DRC, is endowed with 24 sites, which can produce an exploitable power of 1952MW. At present, only 4 out of the 24 sites are in exploitation, for an installed power of 468MW.These last years, the province of Katanga has encountered an intensification of industrial activities for the production of raw materials such as copper and cobalt. Furthermore, the urban population is rapidly expanding. These two factors are causes of a constant increase of the demand in electrical energy. To deal with this requirement, the electrical system operator is forced to import a part of the supply from Zambia in order to satisfy the customers. However, despite this importation, the load is not fully satisfied. The system operator must then establish a policy of rotating load shedding to relieve the network.The purpose of our thesis is the improvement of the supply reliability/safety of the Katanga network, by local approaches which are constituted of the construction of new power plants, and to see to which extent storage can contribute to this improvement. The reliability of the electrical system will be characterized by reliability indicators at hierarchical levels I and II. To reach this goal, a simplified, yet sufficiently detailed modeling of the south network/SNEL (National Company of Electricity) was necessary, and the application of OPF (Optimal Power Flow) tools to this network model allowed us estimating the reliability indicators and making the safety analysis of the system. This analysis helped identify lines and transformers that are candidates to the reinforcement of the network.The obtained results showed a weak influence of the use of the storage units on the reliability indicators at the high voltage level. Nevertheless, good results have been obtained when using storage at the distribution level. For a better improvement of the reliability indicators of the Katanga network, our research works present perspectives on the models of load, taking into account an extended network model up to the medium voltage and a dynamic study. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce projet étudie la réalisation d’un marché d’énergie éolienne en France. Les marchés d'énergie éolienne sont souvent désignés comme des «marchés politiques» : D'une part, l'énergie éolienne réduit les émissions de CO2 et retarde les effets de la production d'électricité sur le changement climatique. D'autre part, comme bien économique, l'énergie éolienne se dit souffrir «d’handicaps» technico-économiques (les coûts élevés, la production fluctuante et imprévisible, etc.). Par conséquent, en raison de sa performance comme bien économique, il est argumenté que la survie de l'énergie éolienne dans le marché est fondée sur différents instruments, dont certains que je qualifierai de «prothèses». Cette thèse s’interroge sur deux de ces prothèses : Le tarif d’achat et les Zones de Développement Eolien (ZDE) comme ils sont négociés et mis en pratique en France, ainsi que la manière dont ils affectent la réalisation des marchés de l'énergie. / This project studies the making of a market for wind power in France. Markets for wind power are often referred to as ‘political markets: On the one hand, wind power has the potential to reduce CO2-emissions and thus stall the effects of electricity generation on climate change; and on the other hand, as an economic good, wind power is said to suffer from (techno-economic) ‘disabilities', such as high costs, fluctuating and unpredictable generation, etc. Therefore, because of its performance as a good, it is argued that the survival of wind power in the market is premised on different instruments, some of which I will refer to as ‘prosthetic devices'. This thesis inquires into two such prosthetic devices: The feed-in tariff and the wind power development zones (ZDE) as they are negotiated and practiced in France, and also the ways in which they affect the making of markets for wind power. Theoretically, this dissertation mobilizes a constructivist approach according to which markets are seen as socio-technical assemblages, stressing the heterogeneous and distributed character of their constituent elements. Furthermore, the approach allows questioning the deadlocked delineation between politics and economics, a delineation that appears to underlie the idea of the political market. Based on fieldwork in France, the core of this thesis is made up of two analyses; firstly, the definition of a feed-in tariff is empirically followed as a process of valuation in which value is seen as the outcome of irregular and costly activities, rather than the identification of an inherent value.To study how value, here in the form of a price, comes about in the case of wind power, five different empirical traces are followed with each one representing a distinct approach to valuation. These valuation proposals involve qualifying and disqualifying wind power, e.g., from CO2-reducing to CO2-emitting, and they span a range of controversies. The second analysis addresses the ZDE-device. It follows the device along two phases; namely, its conception and its emerging practice in a specific case, the territory of Pays de la Serre. The first phase is discussed as a politicization of wind power, a distinct framing of location in which the possibility for local opposition is enforced. The second phase, i.e. the practice of the device in Pays de la Serre, is better described as an economization of the landscape, a process of translating the territory according to one-dimensional layers. In their final presentation, these layers are accumulated and black-boxed, and the criteria for their construction disappear.

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Les limiteurs de courants de court-circuit supraconducteurs sont des appareillages à fort potentiel pour les réseaux électriques. En effet, ils offrent une limitation efficace dès les premiers instants du court-circuit. On peut qualifier la limitation de "naturelle", c’est-à-dire qu’elle est intrinsèquement liée aux caractéristiques du matériau et ne nécessite pas de commande particulière. Afin de faciliter la conception et l’intégration des limiteurs de courant de court-circuit supraconducteurs résistifs (rSFCL) destinés aux réseaux électriques, il est nécessaire de disposer de modèles de simulation précis. Ces derniers doivent prendre en compte et simuler correctement (et le plus précisément possible) les phénomènes électriques et thermiques du rSFCL en présence de surintensités de courant, qu’il s’agisse d’un court-circuit franc ou d’un phénomène temporaire de plus faible amplitude. Il est difficile d’envisager la planification de l’intégration d’un rSFCL sans passer par des outils numériques qui permettent la simulation d’un tel dispositif dans un réseau électrique en régime transitoire. Il est alors plus facile d’appréhender et de prédire le comportement transitoire du limiteur dans des conditions de stress réalistes, qui peuvent comprendre une grande variété de surintensités, tant en durée qu’en amplitude. Néanmoins, les rSFCL sont des dispositifs fortement non-linéaires caractérisés par un couplage électrique et thermique très fort. L’implémentation d’un tel modèle dans un logiciel de simulation de type “circuits électriques” en régime transitoire présente un certain défi. Bien que des modèles de rSFCL existent déjà, des améliorations doivent être apportées pour prendre en compte i) l’ensemble des phénomènes physiques liés à la limitation (thermiques et électriques), ii) les propriétés géométriques des rubans supraconducteurs utilisés et iii) la possibilité de réaliser des études globales (impact du limiteur sur le réseau) et iv) l’influence de l’architecture du ruban en présence de phénomènes locaux (points chauds). Cette thèse se concentre donc sur le développement d’un modèle de rSFCL basé sur des rubans supraconducteurs de deuxième génération. Ce modèle est développé dans le logiciel EMTP-RV, qui est un outil utilisé par un grand nombre de compagnies d’électricité dans le monde. Le modèle proposé dans cette thèse repose sur une analogie qui fait le lien entre les phénomènes électriques et thermiques, et qui permet une modélisation entièrement basée sur des éléments de circuits électriques. Le modèle permet de prendre également en compte les propriétés non linéaires des matériaux, tant au niveau électrique qu’au niveau thermique, avec l’utilisation de dipôles non-linéaires. Le modèle a été développé pour offrir un niveau de généricité intéressant pour la modélisation des rubans supraconducteurs. Il permet un fonctionnement avec une excitation AC ou DC en tension ou en courant et tient compte de la non-uniformité de courant critique, qui est typiquement observée dans la longueur des rubans disponibles commercialement. Il est également possible de représenter des variantes d’architectures (géométries et matériaux), avec une souplesse de modélisation qui est basée sur un assemblage de blocs “élémentaires” dont les dimensions peuvent être différentes. Cela permet alors d’évaluer, dans une même simulation, l’architecture du limiteur à une échelle submillimétrique (points chauds) et à une échelle “systémique”, tel que le comportement de plusieurs centaines de mètres de ruban. Des comparaisons ont permis de vérifier que le modèle circuit avait un comportement similaire à son équivalent en éléments finis, seulement si la taille des éléments électrothermiques de base (dans EMTP-RV) est adéquate. Le modèle équivalent circuit permet de réaliser des simulations de différentes architectures de rubans supraconducteurs, avec ou sans résistance d’interface, entre les couches tampons et la couche de (RE)BCO par exemple [...] / Superconducting fault current limiters (SFCL) are a promising technology for power systems, i.e. they provide efficient current limitation from the very beginning of the fault without requiring any control system. In fact, the current limiting characteristics are directly connected to the physical properties of superconducting materials. There is a need for accurate models to help designing resistive-type SFCLs (rSFCL) and planning their integration into electrical networks. Such models have to take into account the physics involved for simulating (as accurately as possible) the electrical and thermal behaviours for a wide range of fault conditions, i.e. high and low short-circuit currents that can be of various durations. It is difficult to see how the planning and integration of SFCLs can be realized without using numerical tools, especially tools that allow realizing power system transient simulations, such as EMTP-RV. In fact, such software packages support engineers in predicting the behaviour of SFCLs in realistic network conditions, which may comprise a wide variety of overcurrent or fault situations. However, rSFCLs exhibit highly non-linear behaviours with a strong coupling between thermal and electrical phenomena. The implementation of such a model in power systems simulation tools is therefore challenging. Although some models have been already developed over the years, improvements are needed to take into account i) all the phenomena linked to the current limitation (electrical and thermal), ii) geometric properties of superconducting tapes that are used in rSFCLs, and iii) the possibility to perform simulations at the system level, and iv) the influence of the tape architecture in relationship to local phenomena (hot spots). This thesis hence focuses on the development of a models for resistive-type SFCLs based on second generation high temperature superconducting coated conductors (2G HTS CCs), i.e. (RE)BCO tapes. The models are implemented in EMTP-RV, a tool that is used by many utilities around the world. However, the modeling technique can be adapted to other simulation tools as well. The model proposed in this thesis is based on an electro-thermal analogy, which allows modeling thermal effects with non-linear electrical circuit elements such as resistors and capacitors. The model has been developed with the aim of providing flexibility. Hence, it can be used with an AC or DC excitation, and can also take into account non-uniformity in critical critical current density typically observed along length of the conductors (i.e. tapes). It also allows modeling virtually any tape architecture using modular and flexible electrical and thermal basic building blocks that can be different in size. This in turn also allows modeling SFCLs with different level of discretization, i.e. from hot spot modeling with local heat transfer to several meters of (RE)BCO tape. It therefore becomes possible to analyze in the same simulation phenomena happening at the sub-millimetric scale, such as hot-spot phenomena, and at the system-scale, such as the impact on the network of several hundred meters of superconducting tape. In order to validate the EMTP-RV circuit model, comparisons with results obtained with finite elements have been carried out. A similar behavior could be observed, as long as the discretization size of the electro-thermal elements were appropriate. The EMTP-RV circuit model allows performing optimizations of the tape architecture for various thicknesses of stabilizer, in presence or not of an interfacial resistance layer, e.g. between the superconductor and the substrate. While the circuit model was developed to allow representing heat transfer and current distribution in 3D, simulations are still limited to 2D cases because the size of the nodal matrix is otherwise exceeded in EMTP-RV. Simulation results also show that neglecting heat transfer along the thickness of the tape can be risky, [...]