Ce travail de thèse présente la conception d’un convertisseur Buck 3 états pour améliorer le comportement dynamique des tensions d’alimentations des microprocesseurs. La topologie du convertisseur est dans un premier temps, implémentée en technologie IBM CMOS 180 nm pour la validation de la structure 3 états. Le prototype réalisé utilise une tension d’entrée de 3.6V et génère une tension de sortie de 0.8V à 2V. Sa réponse aux transitoires de charge ne montre que 1 à 2% de surtension prouvant ainsi l’avantage du régulateur en dynamique. Le convertisseur 3 états est dans un deuxième temps intégré en technologie 28 nm CMOS HPM (cette technologie est essentiellement utilisée pour les microprocesseurs). Les résultats des tests effectués sur le prototype réalisé confirment les performances en économie d’énergie, de surface et de réponse dynamique. Ce prototype délivre en effet 0.5 à 1.2V en sortie pour 1.8V en entrée et présente un rendement maximal de 90%. Les mesures de régulation dynamique montrent qu’il permet d’obtenir moins de 5% de bruit sur le processeur et 10 mV/ns de commutation de tensio / This thesis work consists into the design of a 3 states buck converter targeting the improvement of dynamic regulation of microprocessors supplies. The topology of the converter is, at first, implemented in IBMCMOS 180 nm technology to validate the transient performances of the3 states regulator. The prototype in 180 nm, uses an input voltage of 3.6V and outputs a voltage in the range of 0.8V to 2V. Its response to load transients shows about 1% of undershoot and 2 % of overshoot, proving a good dynamic behavior for a simple structure compared to state of the art.The 3 states converter is then integrated in 28 nm CMOS HPM (technologymostly used for microprocessors desgn). The experimental results on the prototype confirm the performances in terms of energy and area savings, aswell as dynamic response. The chip delivers 0.5V to 1.2V from a 1.8V supply,and shows a 90% peak efficiency. The measurements of dynamic regulation show less than 5% of noise on the processor supply and 10 mV/ns outputvoltage switching for DVFS purpose.

Les mutations observées sur le système électrique (production décentralisée, véhicules électriques, stockage, micro réseau...) font émerger des problématiques d'ordres économiques et techniques dans la gestion de ce dernier. Parmi eux, l'impact sur les niveaux de tension et de courant de neutre des réseaux de distribution. Le but de cette thèse est d'étudier des modèles probabilistes pour estimer ces impacts. L'incertitude sur la puissance PV produite et sur l'utilisation des VEs implique la nécessité de développer des modèles probabilistes de consommation et de production d'électricité. Deux modèles différents de production et de consommation ont été étudiés : L'un basé sur l'approximation de données historiques par une densité de probabilité, l'autre reposant sur la répartition des données en groupes définis par un profil type et une probabilité d'occurrence. Des techniques de load flow probabilistes ont été étudiées dans cette thèse pour prendre en compte l'effet intermittente de la production PV et l'incertitude sur la consommation. Une technique basée sur la méthode de simulation Monte Carlo, une deuxième basée sur l'approximation PEM et une dernière basée sur l'utilisation du clustering appelée méthode pseudo Monte Carlo. Après avoir comparé la pertinence des méthodes sur deux réseaux test, la méthode pseudo Monte Carlo est appliquée, pour son gain en temps de simulation et son adaptabilité, dans un cas d'application qui porte sur l'estimation de la probabilité de dépassement des limites du courant de neutre en fonction du déséquilibre de production PV installée. / The current changes on the electrical system bring out economic and technical issues in the management of the latter. Among these issues, the impact of distributed generation and VEs on the technical constraints of the distribution network. The aim of this thesis is to study probabilistic models to estimate the impacts of photovoltaic production and electrical vehicles on medium and low voltage distribution networks. Two different probabilistic models of production and consumption were studied : one based on the fitting of historical data by one probability density function, the other one based on the data clustered in groups defined by a standard profile and a probability of occurrence. Three probabilistic load flow technics have been studied in this thesis. The first is based on the Monte Carlo simulation method, the second is based on the PEM approximation method and the last, based on the use of clustering, is called pseudo Monte Carlo method.

Le réseau de distribution aérien, ou plus simplement le réseau de poteaux de bois et ses câbles, est encore aujourd’hui omniprésent dans la majorité des villes du Québec. Pour plusieurs, le réseau de poteaux d’utilité publique semble appartenir à une autre époque. Pourtant, les poteaux et câbles ne sont pas près de disparaître, au contraire, ils ne cessent de se transformer. Depuis peu, de plus en plus d’équipements s’ajoutent sur le réseau: boîtiers techniques, nombre de câbles, appareillages au sommet des poteaux, antennes de communication, etc. Bien que les équipements du réseau de distribution aérien soient des éléments produits industriellement, ceux-ci intègrent rarement les services du design industriel au moment de leur conception initiale. Cette recherche étudie le système de distribution aérien sous l’angle de la « pensée design ». L’intention de cette étude est d’analyser les impacts de la présence du réseau aérien en milieux urbains et a pour objectif d’orienter les pratiques de conception de ce type d’équipements. Pour ce faire, dans une optique transdisciplinaire, diverses approches ont été sollicitées dont: l’approche systémique, l’approche paysage et les approches des partenaires des réseaux. Au moyen d’une recherche documentaire et d’observations faites sur le terrain, la recherche vise à dresser un portrait général du réseau de distribution aérien et les défis qui y sont associés. La recherche expose, dans un état des lieux, les résultats issus des questions analytiques de recherche suivantes: de quoi est composé le réseau de distribution aérien, quels sont les intervenants sur le réseau, quelles sont leurs interactions, quels sont les points de vue des différentes catégories d’acteurs en relation avec le réseau, quels sont les impacts reliés à la présence du réseau en milieux urbains et quelle a été son évolution au fil des années. Dans la perspective de l’approche design, chercher à comprendre une problématique de façon plus large permet de s’assurer que l’on répond au bon problème, que l’on considère tous les facteurs en cause visant ainsi à réduire les répercussions négatives sur les contextes de vie actuels et futurs. Les principaux constats de cette recherche démontrent que la composition du réseau de distribution, avant même de considérer les nouveaux usages et l’ajout de nouveaux équipements, présente des lacunes importantes. La gestion entre les divers partenaires du réseau de distribution pose aussi problème. L’ajout de nouveaux équipements sur le réseau, combiné aux multiples équipements apparaissant sur les voies publiques laisse entrevoir l’atteinte d’un niveau de saturation des milieux urbains. Les façons de faire hermétiques et «cristallisées» des partenaires du réseau ne collent pas avec les initiatives et aspirations générales en matière d’aménagement. En étudiant la problématique du réseau de distribution par le biais de la pensée design, l’approche design cherche à déceler, de façon proactive, les opportunités de design qui permettront de mieux gérer l’apparition et l’intégration des nouveaux équipements sur les poteaux. Cette démarche permet d’envisager des solutions qui visent à limiter les répercussions collatérales une fois en contexte et qui, du même coup, adressent des problématiques connexes. Finalement, à la lumière de l’état des lieux, cette recherche propose des critères de conception de futurs réseaux de distribution, élaborés dans l’esprit de l’approche design. / The aerial distribution network, also known as the utility network, comprised of wooden poles and its cables, is still omnipresent in the majority of Québec’s cities. Although many perceive the public utility poles as belonging to another era, they are not ready to disappear; quite the opposite, they don’t cease to evolve. Recently, more and more pieces of equipment have been added to the network: technical contraptions, additional cables, apparatuses mounted on the summit, antennas for wireless communication, etc. Although these devices are industrially produced, the service of industrial designers has been rarely solicited during their initial conception. This research examines the aerial distribution system from a design prospective, an angle of the « new » design approach also called design thinking. The intent of this study is to analyze the impact of the aerial distribution network on the urban environment with the goal of better guiding future design practices of such infrastructures. In order to do so with a transdisciplinary mind-set, several approaches have been solicited: the systemic approach, the landscape approach and the approach of system partnership. Through literature search and field observation the research intends to obtain a holistic view of the aerial distribution network and its challenges. Through inventory, the research exposes the results of our analytical questioning: what does the aerial distribution network consist of, who intervenes with and within the network, what are their interactions, what are the viewpoints of the different categories of actors with regards to the network, how does the presence of the network impact the urban landscape and how has it evolved over the years. From a design perspective, seeking to understand an overall problem situation helps to insure that the right problems are being addressed, that all contributing aspects are being taken into account and thus diminishing negative repercussions on the current and future contextual situations. The main findings of this research show that the current composition of the distribution network has significant shortcomings, even without taking into consideration the newly added services, uses and equipment. Management among service providers using the network is also facing challenges. The add-on of devices combined with all other equipment that gradually appear on public streets allow us to anticipate a level of saturation within the urban landscape. The hermetic and « crystallized » practices of the service providers that share the network are neither in line with the initiatives nor with the general aspirations when it comes to urban planning. Studying the problem situation of the distribution network using a design approach allows us to proactively isolate design opportunities that aim for the improvement of the existing situation, with regards to the newly appearing equipment on the poles. This approach encourages solutions that limit collateral repercussions once in its contextual environment and addresses at the same time other problem areas. Finally, the analysis of the research results allows us to enumerate a series of guidelines for the design of a future distribution network, which have been elaborated from a design perspective.

Le réseau de distribution aérien, ou plus simplement le réseau de poteaux de bois et ses câbles, est encore aujourd’hui omniprésent dans la majorité des villes du Québec. Pour plusieurs, le réseau de poteaux d’utilité publique semble appartenir à une autre époque. Pourtant, les poteaux et câbles ne sont pas près de disparaître, au contraire, ils ne cessent de se transformer. Depuis peu, de plus en plus d’équipements s’ajoutent sur le réseau: boîtiers techniques, nombre de câbles, appareillages au sommet des poteaux, antennes de communication, etc. Bien que les équipements du réseau de distribution aérien soient des éléments produits industriellement, ceux-ci intègrent rarement les services du design industriel au moment de leur conception initiale. Cette recherche étudie le système de distribution aérien sous l’angle de la « pensée design ». L’intention de cette étude est d’analyser les impacts de la présence du réseau aérien en milieux urbains et a pour objectif d’orienter les pratiques de conception de ce type d’équipements. Pour ce faire, dans une optique transdisciplinaire, diverses approches ont été sollicitées dont: l’approche systémique, l’approche paysage et les approches des partenaires des réseaux. Au moyen d’une recherche documentaire et d’observations faites sur le terrain, la recherche vise à dresser un portrait général du réseau de distribution aérien et les défis qui y sont associés. La recherche expose, dans un état des lieux, les résultats issus des questions analytiques de recherche suivantes: de quoi est composé le réseau de distribution aérien, quels sont les intervenants sur le réseau, quelles sont leurs interactions, quels sont les points de vue des différentes catégories d’acteurs en relation avec le réseau, quels sont les impacts reliés à la présence du réseau en milieux urbains et quelle a été son évolution au fil des années. Dans la perspective de l’approche design, chercher à comprendre une problématique de façon plus large permet de s’assurer que l’on répond au bon problème, que l’on considère tous les facteurs en cause visant ainsi à réduire les répercussions négatives sur les contextes de vie actuels et futurs. Les principaux constats de cette recherche démontrent que la composition du réseau de distribution, avant même de considérer les nouveaux usages et l’ajout de nouveaux équipements, présente des lacunes importantes. La gestion entre les divers partenaires du réseau de distribution pose aussi problème. L’ajout de nouveaux équipements sur le réseau, combiné aux multiples équipements apparaissant sur les voies publiques laisse entrevoir l’atteinte d’un niveau de saturation des milieux urbains. Les façons de faire hermétiques et «cristallisées» des partenaires du réseau ne collent pas avec les initiatives et aspirations générales en matière d’aménagement. En étudiant la problématique du réseau de distribution par le biais de la pensée design, l’approche design cherche à déceler, de façon proactive, les opportunités de design qui permettront de mieux gérer l’apparition et l’intégration des nouveaux équipements sur les poteaux. Cette démarche permet d’envisager des solutions qui visent à limiter les répercussions collatérales une fois en contexte et qui, du même coup, adressent des problématiques connexes. Finalement, à la lumière de l’état des lieux, cette recherche propose des critères de conception de futurs réseaux de distribution, élaborés dans l’esprit de l’approche design. / The aerial distribution network, also known as the utility network, comprised of wooden poles and its cables, is still omnipresent in the majority of Québec’s cities. Although many perceive the public utility poles as belonging to another era, they are not ready to disappear; quite the opposite, they don’t cease to evolve. Recently, more and more pieces of equipment have been added to the network: technical contraptions, additional cables, apparatuses mounted on the summit, antennas for wireless communication, etc. Although these devices are industrially produced, the service of industrial designers has been rarely solicited during their initial conception. This research examines the aerial distribution system from a design prospective, an angle of the « new » design approach also called design thinking. The intent of this study is to analyze the impact of the aerial distribution network on the urban environment with the goal of better guiding future design practices of such infrastructures. In order to do so with a transdisciplinary mind-set, several approaches have been solicited: the systemic approach, the landscape approach and the approach of system partnership. Through literature search and field observation the research intends to obtain a holistic view of the aerial distribution network and its challenges. Through inventory, the research exposes the results of our analytical questioning: what does the aerial distribution network consist of, who intervenes with and within the network, what are their interactions, what are the viewpoints of the different categories of actors with regards to the network, how does the presence of the network impact the urban landscape and how has it evolved over the years. From a design perspective, seeking to understand an overall problem situation helps to insure that the right problems are being addressed, that all contributing aspects are being taken into account and thus diminishing negative repercussions on the current and future contextual situations. The main findings of this research show that the current composition of the distribution network has significant shortcomings, even without taking into consideration the newly added services, uses and equipment. Management among service providers using the network is also facing challenges. The add-on of devices combined with all other equipment that gradually appear on public streets allow us to anticipate a level of saturation within the urban landscape. The hermetic and « crystallized » practices of the service providers that share the network are neither in line with the initiatives nor with the general aspirations when it comes to urban planning. Studying the problem situation of the distribution network using a design approach allows us to proactively isolate design opportunities that aim for the improvement of the existing situation, with regards to the newly appearing equipment on the poles. This approach encourages solutions that limit collateral repercussions once in its contextual environment and addresses at the same time other problem areas. Finally, the analysis of the research results allows us to enumerate a series of guidelines for the design of a future distribution network, which have been elaborated from a design perspective.

Nous proposons dans cette thèse, différents outils de réglage de tension et de gestion de la puissance réactive en fonction des conditions de raccordement des éoliennes au réseau électrique. Trois cas figure sont étudiés : raccordement direct sur un poste source de distribution, raccordement des éoliennes réparties dans un réseau de distribution et raccordement d’un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport.Un algorithme de réglage basé sur l’asservissement de la puissance réactive est proposé pour le raccordement direct d'un parc sur un poste source. Un réglage coordonné de tension en présence de régleur en charge est proposé (D-RCT) pour le raccordement des éoliennes reparties dans un réseau de distribution. On propose aussi une version plus décentralisée du réglage coordonné (D2-RCT) qui pourrait être implantée sous forme de système multi-agents intelligents (SMA). Un system de control multi-niveaux est proposé pour le raccordement d’un ensemble de parcs éoliens au réseau de transport. Il permet de répondre de manière optimale à une demande puissance réactive envoyée par le gestionnaire du réseau de transport. Les différents types de réglages proposés sont basés sur des algorithmes d’optimisation multi-objectifs. Afin de valider en temps réel le bon fonctionnement des stratégies de réglages développées ainsi que leurs modes de communication, une implantation expérimentale sous simulateur temps réel RT-Lab a été effectuée. Enfin, les résultats des simulations montrent l’amélioration de l’intégration de la production décentralisée dans les réseaux électriques / In this PhD dissertation, we propose various voltage and reactive power regulation algorithms for different connection types of the wind farm to the power network. Three connection types are considered here: a wind farm connected directly to the distribution network, dispersed wind turbines connected to the distribution network and a set of wind farms connected to the transmission system.A closed loop controller (Wind Farm Controller) is proposed in case of a directly connected wind farm to the distribution network.A coordinated voltage control in the presence of on load tap changer (D-CVC) is proposed in case of dispersed wind turbines connected to the distribution network. We also propose a more decentralized version of D-CVC named D2-CVC; this version can be also implemented under multi-agent system (MAS).A multi-level control system is proposed in case of a set of wind farms connected to the transmission system. It allows the wind farms to optimally participate at reactive power balancing in transmission network. All the proposed voltage algorithms are based on a multi-objective optimization function. The experimental implementation of these regulation algorithms is run under RT-Lab real-time simulator. It allows validating their real-time operation and their communication modes before the implementation on a real site.The results of the current thesis show the improvement of distributed generation integration in the power system network

Le déploiement d'une infrastructure de supervision permet une gestion plus intelligente des réseaux de distribution d'électricité comparé à un renforcement traditionnel pour répondre aux nouveaux enjeux de la maitrise de l'énergie (Consommations, EnR, VE, ...). Pour acheminer les données, les Courants Porteurs en Ligne (CPL) possèdent un atout majeur. En effet, cette technologie permet de superposer un signal de plus haute fréquence au signal électrique 50/60 Hz. Toutefois, le support de transmission est difficile et non maîtrisable. Ces travaux de recherche ont pour objectif d'apporter une contribution à cette problématique par l'élaboration d'une plateforme de simulation des réseaux pour des fréquences allant jusqu'à 1 MHz dans un but de transmission de données. Des éléments clés des réseaux sont traités de façon séparés puis assemblés pour estimer les performances des CPL « Outdoor » actuels. La variation du comportement des réseaux en fonction du temps et de la fréquence, en particulier des perturbations en tête d'installation clients sur 24h est étudiée. Les transformateurs entre les réseaux HTA et BT sont modélisés sous la forme d'un « modèle à constantes localisées » et d'un « modèle boite noire ». Les deux modèles sont appliqués sur un transformateur H61 100 kVA. Par la suite, une modélisation des câbles de distribution est proposée sous forme d'un « modèle cascadé ». Celle-ci est appliquée sur un câble souterrain BT. Chaque modèle est obtenu à l'aide de mesures d'impédances, et validé par des mesures de transmissions. Pour compléter, une étude préliminaire sur les communications radio mobile est réalisée pour la supervision des réseaux de distribution. / Establishing a supervisory infrastructure allows a better smart management than an expensive strengthening of distribution network to respond to new constraints at the energies control (Consumption, REN, EV ...). To transmit data, Power Line Communication (PLC) technologies present an advantage in this context. In fact, it enables a superposition of High Frequency (HF) signals on electrical signal 50/60 Hz. However, electric networks have not been developed to this application because of difficult propagation conditions. This research work makes a contribution to develop a simulation platform in objective to transmit data to 1 MHz. In first time, each network element is studied singly and in second time, together, to estimate "Outdoor PLC" transmission performance. The first element studied is the networks variation in function of frequency and time. Several 24h disturbance measurements on LV customers are presented. The second element is the transformers which established connection between Medium Voltage (MV) and Low Voltage (LV). The proposed modeling method is based on a "lumped model" and a "black box model". These models are applied to a 100 kVA H61 transformer most commonly used by French distribution system operator in rural and suburban networks. The third element is the power line used in MV and LV networks. The proposed modeling method is based on a "cascaded model" from the theory of transmission line. This model is applied to one power line used in LV underground network. Each model is obtained from various impedance measurements. To complete, an introductory study on mobile radio communication is performed to remote network distribution.