Esta dissertação de mestrado tem como objetivo a validação do modelo numérico de manobras para navios utilizado pelo simulador chamado SMH - Simulador Marítimo Hidroviário, que foi desenvolvido no laboratório Tanque de Provas Numérico. Para tanto foram realizados ensaios experimentais de manobras com um modelo em escala reduzida da embarcação Alpha Crucis com o objetivo de criar dados de manobra que serviram como referência para validação do modelo numérico. Foram selecionados diversos tipos de manobras com o propósito de criar uma caracterização da manobrabilidade da embarcação em baixas velocidades e regime transitório, permitindo a medição de diversas características, que permitem quantificar as capacidades de manobra da embarcação. Através de experimentos numéricos foram, então, realizadas as mesmas manobras executadas pelo modelo físico em escala reduzida, de forma a reproduzir as mesmas condições iniciais e os mesmos comandos, procurando reproduzir as manobras para validação do modelo implementado no SMH. Os resultados obtidos apresentam a aderência das características de manobras do modelo implementado no SMH, através da comparação das características de manobra obtidas pelo modelo físico em escala reduzida e das obtidas pelo modelo numérico. A dissertação apresenta ainda um estudo de sensibilidade que mostra o efeito dos principais fatores utilizados no laboratório Tanque de Provas Numérico para a calibração dos modelos de embarcações, mostrando que para as manobras consideradas neste trabalho alguns dos efeitos possuem pouca influência nos resultados. Por fim o trabalho conclui que o modelo matemático utilizado pelo SMH representa a capacidade de manobra da embarcação de forma consistente para diversos tipos de manobra, e com um grau de aderência satisfatório. / This research aims to present a validation for the ship maneuvering simulator named SMH, anachronym in Portuguese for Maritime and Waterway Simulator, developed on Tanque de Provas Numérico laboratory. For this propose small scale tests were performed with a model of Alpha Crucis ship aiming to create maneuver data that was used as reference for the numerical model validation. Several types of maneuver where selected to create a characterization of the maneuverability of the ship at low speeds and transient regime, and the parameters that quantify the maneuverability were measured. Then were performed numerical experiments recreating the same maneuver executed with the experimental model, with the same initial conditions and propulsion/rudder controls, trying to reproduce the maneuvers to validate the model implemented on the SMH. The results showed that the maneuvering characteristics predicted by the SMH simulator are similar to measured values in the experiment. The dissertation also presents a sensitivity study that shows the effect of the main parameters used in the laboratory Tanque de Provas Numérico for the vessel model calibration, This study showed that for some maneuvers, the tuning parameters have less influence on the results. Finally, the work concludes that the mathematical model used by the SMH represents the ability of the vessel to maneuver consistently for several types of maneuvers, and with a satisfactory degree of accuracy.

Modeling and simulation provides a powerful technology for engineers and managers to understand, design, and evaluate a system under development. Traditionally, simulation is only used in early stages of a system design. However, with the advances of hardware and software technology, it is now possible to extend simulation to late stages for supporting a full life cycle simulation-based development. Robot-in-the-loop simulation, where real robots work together with virtual ones, has been developed to support such a development process to bridge the gap between simulation and reality.

L’intégration des énergies renouvelables a conduit à introduire la notion d’utilisation locale de ces nouvelles sources de production. Nous pouvons définir le paradigme de microréseau comme une agrégation de plusieurs sources d'énergie distribuée qui peuvent alimenter leurs charges locales. Ces microréseaux peuvent être îlotables pour garantir la continuité de service et l’alimentation des charges. Pour assurer la fiabilité du réseau, une stratégie de protection des générateurs et du microréseau lui-même a été proposée. Dans ce mémoire, les points communs et les différences entre les générateurs classiques et les générateurs connectés au réseau à l’aide de convertisseur d’ d’électronique de puissance sont présentés. Ensuite, nous présentons la conception d’une source de tension à base d’une micro-turbine à gaz comme source d’énergie primaire contrôlable. Nous étudions les possibilités pour le générateur de demeurer connecté dans les conditions du creux de tension (fault-ride-through) tout en étant protégé contre les surintensités. Nous avons proposé deux solutions différentes permettant de limiter ces courants du générateur. De plus, pour assurer la continuité d’alimentation des charges en deux modes de fonctionnement, nous avons intégré un détecteur de l’ilotage basé sur le relais ROCOF dans le système de commande du générateur. Une validation expérimentale pour ces travaux a été réalisée en utilisant la simulation temps réel PHIL. Finalement, un plan de protection coordonnée valide dans les deux modes de fonctionnement et avec les différents types de source est présenté. Cette stratégie a été testée sur un exemple de microréseau simulé sur le simulateur temps réel / The integration of renewable energy has led to introduce the concept of local use of these new production sources. We can define the Microgrid paradigm as an aggregation of several distributed power sources that can supply their local charges. These microgrids may be islanded to ensure the continuity for supplying the loads in both operation modes. To provide the reliability of the network, a strategy to protect the generators and the Microgrid itself has been proposed. In this thesis, the similarities and differences between conventional generators and the generators connected to the network using the power electronics converter are firstly presented. Then, we present the design of a voltage source connected by a power electronic converter and LC filter, based on gas micro-turbine as the controllable primary energy source. We study the possibilities for the generator to remain connected in case of voltage sags (fault-ride-through) while being protected against the overcurrents. We have proposed two different solutions to limit these generator currents. In addition, to ensure continuity of supply the loads in two operation modes, we integrated an islanding detector based on the ROCOF (Rate Of Change Of Frequency) relay in the control system. An experimental validation for this work was realized using PHIL (Power Hardware in the Loop) real-time simulation. Finally, a coordinated protection plan valid in both operation modes and with different types of sources was presented. This strategy was tested on a simulated example of microgrid on real-time simulator

Thin and slender structures are widely occurring both in nature and in human creations. Clever geometries of thin structures can produce strong constructions while using a minimal amount of material. Computer modeling and analysis of thin and slender structures has its own set of problems stemming from assumptions made when deriving the equations modeling their behavior from the theory of continuum mechanics. In this thesis we consider two kinds of thin elastic structures; threads and plates. Real-time simulation of threads are of interest in various types of virtual simulations such as surgery simulation for instance. In the first paper of this thesis we develop a thread model for use in interactive applications. By viewing the thread as a continuum rather than a truly one dimensional object existing in three dimensional space we derive a thread model that naturally handles both bending, torsion and inertial effects. We apply a corotational framework to simulate large deformation in real-time. On the fly adaptive resolution is used to minimize corotational artifacts. Plates are flat elastic structures only allowing deflection in the normal direction. In the second paper in this thesis we propose a family of finite elements for approximating solutions to the Kirchhoff-Love plate equation using a continuous piecewise linear deflection field. We reconstruct a discontinuous piecewise quadratic deflection field which is applied in a discontinuous Galerkin method. Given a criterion on the reconstruction operator we prove a priori estimates in energy and L2 norms. Numerical results for the method using three possible reconstructions are presented.

Dans le domaine des réseaux de distribution d'électricité, l'ouverture du marché de l'énergie à la concurrence et l'insertion massive des génératrices décentralisées d'énergie de ces dernières années conduisent à une profonde modification du fonctionnement et de l'exploitation des réseaux. Dans ce contexte, des solutions de pilotage de la consommation et de la production doivent être apportées, afin de permettre au réseau actuel d'accueillir les nouvelles unités de production et les charges de demain, telles que les panneaux photovoltaïques, les micro-éoliennes, la cogénération, les véhicules électriques, les maisons intelligentes, etc. Ces pilotages permettent d'influencer la consommation et la production instantanées des utilisateurs du réseau. Ainsi, il devient possible d'agir sur la consommation de façon à lisser les pics ou synchroniser la demande aux périodes de forte production des énergies renouvelables. De la même façon, la production peut être pilotée pour participer aux services systèmes. Ces stratégies de pilotage, basées sur l'utilisation des nouvelles technologies de l'information et de la communication, ont pour objectifs d'éviter une dégradation de la qualité de l'onde de tension et une reconstruction complète du réseau de distribution, qui serait économiquement très couteuse. Ces travaux, intégrés au projet GreenLys, financé par l'agence française de l'environnement et de la maitrise de l'énergie, évaluent l'impact des génératrices décentralisées d'énergie et des véhicules électriques sur le réseau de distribution, puis développent des solutions de pilotage. Deux types de pilotage sont étudiés : le pilotage de la phase de raccordement d'une installation monophasée, puis le pilotage de la puissance réactive des génératrices décentralisées d'énergie. Ces pilotages sont développés en s'appuyant sur les nouveaux composants des réseaux électriques de demain, comme les compteurs intelligents. Dans une dernière partie, les stratégies de pilotage développées sont évaluées sur des équipements réels à partir d'une plateforme de simulation hybride temps réel. / In the electricity distribution network field, because of the electricity market opening and the large-scale insertion of dispersed generators (DJ) in these last years, the network undergoes radical modification in both operation and exploitation. In this context, some new integration solutions are invented in order to be able to connect the DJ, as photo-voltaic panels, micro wind turbines, cogeneration units, etc, and the new loads, as electric vehicles and smart home, without reduce the voltage wave quality or involve a very expensive power systems reinforcement. The objectives of those solutions are to influence the consumer consumption in order to reduce the peak consumption level and shift the consumption on the high renewable production period, and control the DJ output to participate to the service system. The new information and communication technologies (NICT) are strongly used in the development of those control strategies. This PhD work is including in the French project GreenLys supported by the French environment and energy management agency. GreenLys is a 4 years project focus on the development of a real scale Smart Grid in the two French cities Lyon and Grenoble. As a first step, this work evaluating the impact of the DJ and the electric vehicle on the distribution network. From the result of this impact study, two types of decentralized control strategies are investigated. The first one is focus on the phase connection. Since the majority of consumers and DJ connected on the distribution grid are single phases, methods allowing to choose the best phase connection are study. The second one is focus on new DJ reactive power control strategies. In the last part, the strategies are evaluated on a Power Hardware In the Loop simulation and real solar inverter.

La notion d'instrumentalité peut être définie comme la relation corporelle entre un humain et un objet physique, dit instrument. Ce corps à corps intime, qui adresse simultanément les différents canaux sensoriels d'action et de perceptions humaines, constitue un vecteur pour la connaissance enactive. Cette relation instrumentale joue notamment un rôle clé pour la richesse expressive des instruments musicaux.Dans le contexte informatique, un vaste champ de recherche concerne l'interaction sensorielle avec des entités virtuelles par le biais de capteurs et d'actionneurs, notamment l'interaction gestuelle avec les systèmes à retour d'effort. D'une part, les Réalités Virtuelles, historiquement centrées sur la visualisation, focalisent essentiellement l'interaction gestuelle sur des propriétés spatiales, souvent au détriment de qualités dynamiques. D'autre part, les Instruments Musicaux Numériques sont essentiellement centrés sur le contrôle interactif de processus de synthèse sonore numériques, basés sur le traitement de l'information. Ces deux scénarii synthétisent des phénomènes sensoriels destinés à différents canaux perceptifs selon une approche multimodale, l'objet virtuel étant décomposé en sous-parties, liées entre elles par des relations de contrôle.Il est néanmoins possible de concevoir des systèmes permettant l'interaction instrumentale avec un objet virtuel simulé, avec une cohérence énergétique bidirectionnelle totale, du geste au son et réciproquement. Il est alors nécessaire de regrouper (a) un formalisme de modélisation physique permettant la création d'objets virtuels intrinsèquement multisensoriels, possédant à la fois des propriétés visuelles, acoustiques et haptiques, (b) des systèmes à retour d'effort de grande performance dynamique et (c) des architectures de calcul spécialisées, permettant une boucle de simulation synchrone réactive à haute vitesse.Le travail de cette thèse consiste en l'extension et la convergence des concepts et techniques ci-dessus pour la mise en œuvre d'une plateforme de création musicale instrumentale, dite MSCI (modeleur-simulateur pour la création instrumentale), en proposant une répartition multifréquence du calcul de simulation des instruments virtuels sur une nouvelle architecture matérielle synchrone. Un environnement de modélisation permet de concevoir intégralement l'instrument virtuel sur des principes mécaniques et physiques et de configurer le couplage physique entre celui-ci et l'utilisateur du monde réel lors de la simulation à retour d'effort.Il adresse entre autre la question de la répartition de la chaine instrumentale en zones à caractère majoritairement non-vibrant, dont la dynamique est de l'ordre du geste sensori-moteur humain, et en zones vibrantes, productrices du son. Ces deux parties de l'instrument peuvent être simulées à des fréquences différentes, adaptées aux phénomènes physiques dont elles sont le siège. Dans le cadre d'un formalisme de simulation physique garantissant la cohérence énergétique des objets simulés, la séparation multifréquence est une problématique nouvelle qui nécessite d'être abordée avec précaution, pour des questions de respect du couplage physique ainsi que de stabilité numérique.Il s'agit, à notre connaissance, du premier environnement de création musicale par modélisation physique modulaire permettant la manipulation instrumentale d'instruments virtuels multisensoriels, respectant une cohérence énergétique entre homme et instrument, et permettant de jouir du potentiel créatif de la synthèse sonore tout en retrouvant l'intimité et la richesse de l'interaction gestuelle instrumentale. Au delà du cadre musical, ce travail pose les bases et les outils technologiques pour un véritable art multisensoriel, adressant conjointement la vision, l'oreille ainsi que le geste humain. / The notion of instrumentality can be defined as the corporal relationship between a human and a physical object, called an instrument. This intimate situation simultaneously addresses the various human action and perception sensory canals, and constitutes a vector for enactive knowledge. In particular, this instrumental relationship plays a key role in the expressiveness of musical instruments.In the digital context, a vast area of research concerns sensory interactions with virtual entities, by means of sensors and actuators, including gestural interaction with force feedback systems. On the one hand the Virtual Reality domain, historically focused on visual aspects, generally focus gestural interaction on spatial features, often losing the focus of dynamic features. On the other hand, Digital Musical Instruments are essentially centered on interactive control of digital sound synthesis processes, grounded in information technologies and signal processing. These two approaches synthesize sensory phenomena destined to different perceptive channels following a multimodal approach, the virtual object being decomposed into subsections, linked together by control relations.It is however possible to conceive systems that allow for instrumental interaction with a virtual simulated object, maintaining total and bidirectional energetic coherence, from gesture to sound and reciprocally. In this case, it is necessary to bring together (a) a physical modeling formalism that allows creating intrinsically multisensory virtual objects that possess visual, acoustical and haptic properties, (b) force feedback systems with high dynamic performances and (c) specialized computation architectures that allow for a reactive, high rate synchronous simulation loop.The work of this thesis consists in the extension and convergence of concepts and techniques hereby mentioned here-above, in order to create a platform for instrumental musical creation, named MSCI (Modeleur Simulateur pour la Création Instrumentale), proposing a multi-rate architecture for the simulation of virtual musical instruments on a new dedicated simulation architecture. A modeling environment allows complete design of the virtual instrument based on mechanical and physical principles, and to configure the haptic coupling between this instrument and the user during the force-feedback simulation.Notably, it addresses the separation of the instrumental chain into zones which present mostly non-vibrating phenomena within a dynamic range close to the human sensory-motor gesture, and zones which vibrate at acoustical rates, producing sound. These two sections of the instrument may be simulated at different rates, adapted to the physical phenomena that they give birth to. In the scope of a physical modeling formalism that guarantees the energetic coherence of simulated objects, this multi-rate separation is a new topic that requires careful handling, in terms both or respect of the physical coupling and of numerical stability.To our knowledge, this is the first environment for musical creation by means of physical modeling that allows for instrumental manipulation of multisensory virtual instruments, respecting an energetic coherence between the human and the instrument, and therefore allowing embracing the creative potential of digital sound synthesis while disposing of the intimacy and expressiveness of instrumental gestures. Beyond the musical scope, this work provides the basis and the technological tools for the emergence of a true multisensory form of art, jointly addressing vision, hearing and gesture.

La simulation de systèmes d'énergie est un outil important pour la conception, le développement et l'évaluation de nouvelles architectures et des contrôles grille dans le concept de réseau intelligent pour les dernières décennies. Cet outil a évolué pour répondre aux questions proposées par les chercheurs et les ingénieurs dans les applications de l'industrie, et pour offrant des différentes alternatives pour couvrir plusieurs scénarios réalistes.Aujourd'hui, en raison des progrès récents dans le matériel informatique, la Simulation numérique en temps réel (DRTS) est utilisée pour concevoir des systèmes de puissance, afin de soutenir les décisions prises dans les systèmes de gestion de l'énergie automatisés (SME) et de réduire le délai de commercialisation de produits, entre des autres applications.Les simulations de réseaux électriques peuvent être classées dans les catégories suivantes: (1) la simulation analogique (2) hors simulation de ligne (3) de simulation entièrement numérique (4) la simulation rapide (5) Contrôleur Hardware-In-the-Loop (CHIL) et (6) Puissance Hardware-In-the-Loop (PHIL).Les dernière 3 sont axés sur la simulation Real-Time hardware-in-the-Loop (HIL RT-). Ces catégories portent sur les questions liées à Transitoires électromagnétiques (liste EMT), la simulation de phaseurs ou mixte (phaseur et EMT). Comme mentionné ci-dessus, ces progrès sont possibles en raison de l'évolution des architectures informatiques (matériels et logiciels); Cependant, pour le cas particulier de l'analyse des flux de puissance des réseaux de distribution (DS), il y a encore des défis à résoudre.Les architectures informatiques actuelles sont composées de plusieurs noyaux, laissant derrière lui le paradigme de la programmation séquentielle et conduisant les développeurs de systèmes numériques pour examiner des concepts comme le parallélisme, la concurrence et les événements asynchrones. D'autre part, les méthodes pour résoudre le flux de puissance dynamique des systèmes de distribution considérer le système comme un seul bloc; ainsi, ils utilisent une seule base pour l'analyse des flux de puissance, indépendamment de l'existence de plusieurs cœurs disponibles pour améliorer les performances de la simulation.Répartis dans des procédés en phase et de la séquence, ces procédés ont en caractéristiques communes telles que l'examen d'une seule matrice creuse pour décrire les DS et qu'ils peuvent résoudre simultanément une seule fréquence.Ces caractéristiques font dès les méthodes mentionné sont pas appropriées pour le traitement avec multiple noyaux. En conséquence, les architectures informatiques actuelles sont sous-utilisés, et dégrade la performance des simulateurs lors de la manipulation de grandes DS échelle, changer DS topologie et y compris les modèles avancés, entre autres des activités de la vie réelle.Pour relever ces défis Cette thèse propose une approche appelée A-Diakoptics, qui combine la puissance de Diakoptics et le modèle de l'acteur; le but est de faire toute méthode classique d'analyse de flux d'énergie appropriée pour le traitement multithread. En conséquence, la nature et la complexité du système d'alimentation peuvent être modélisées sans affecter le temps de calcul, même si plusieurs parties du système d'alimentation fonctionnent à une fréquence de base différente comme dans le cas de micro-réseaux à courant continu. Par conséquent, l'analyse des flux de charge dynamique de DS peut être effectuée pour couvrir les besoins de simulation différents tels que la simulation hors ligne, simulation rapide, CHIL et PHIL. Cette méthode est une stratégie avancée pour simuler les systèmes de distribution à grande échelle dans des conditions déséquilibrées; couvrant les besoins de base pour la mise en œuvre d'applications de réseaux intelligents. / Simulation of power systems is an important tool for designing, developing and assessment of new grid architectures and controls within the smart grid concept for the last decades. This tool has evolved for answering the questions proposed by academic researchers and engineers in industry applications; providing different alternatives for covering several realistic scenarios. Nowadays, due to the recent advances in computing hardware, Digital Real-Time Simulation (DRTS) is used to design power systems, to support decisions made in automated Energy Management Systems (EMS) and to reduce the Time to Market of products, among other applications.Power system simulations can be classified in the following categories: (1) Analog simulation (2) off line simulation (3) Fully digital simulation (4) Fast simulation (5) Controller Hardware-In-the-Loop (CHIL) simulation and (6) Power Hardware-In-the-Loop (PHIL) simulation. The latest 3 are focused on Real-Time Hardware-In-the-Loop (RT-HIL) simulation. These categories cover issues related to Electromagnetic Transients (EMT), phasor simulation or mixed (phasor and EMT). As mentioned above, these advances are possible due to the evolution of computing architectures (hardware and software); however, for the particular case of power flow analysis of Distribution Systems (DS) there are still challenges to be solved.The current computing architectures are composed by several cores, leaving behind the paradigm of the sequential programing and leading the digital system developers to consider concepts such as parallelism, concurrency and asynchronous events. On the other hand, the methods for solving the dynamic power flow of distribution systems consider the system as a single block; thus they only use a single core for power flow analysis, regardless of the existence of multiple cores available for improving the simulation performance.Divided into phase and sequence frame methods, these methods have in common features such as considering a single sparse matrix for describing the DS and that they can solve a single frequency simultaneously. These features make of the mentioned methods non-suitable for multithread processing. As a consequence, current computer architectures are sub-used, affecting simulator's performance when handling large scale DS, changing DS topology and including advanced models, among others real life activities.To address these challenges this thesis proposes an approach called A-Diakoptics, which combines the power of Diakoptics and the Actor model; the aim is to make any conventional power flow analysis method suitable for multithread processing. As a result, the nature and complexity of the power system can be modeled without affecting the computing time, even if several parts of the power system operate at different base frequency as in the case of DC microgrids. Therefore, the dynamic load flow analysis of DS can be performed for covering different simulation needs such as off-line simulation, fast simulation, CHIL and PHIL. This method is an advanced strategy for simulating large-scale distribution systems in unbalanced conditions; covering the basic needs for the implementation of smart grid applications.

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo a validação do modelo numérico de manobras para navios utilizado pelo simulador chamado SMH - Simulador Marítimo Hidroviário, que foi desenvolvido no laboratório Tanque de Provas Numérico. Para tanto foram realizados ensaios experimentais de manobras com um modelo em escala reduzida da embarcação Alpha Crucis com o objetivo de criar dados de manobra que serviram como referência para validação do modelo numérico. Foram selecionados diversos tipos de manobras com o propósito de criar uma caracterização da manobrabilidade da embarcação em baixas velocidades e regime transitório, permitindo a medição de diversas características, que permitem quantificar as capacidades de manobra da embarcação. Através de experimentos numéricos foram, então, realizadas as mesmas manobras executadas pelo modelo físico em escala reduzida, de forma a reproduzir as mesmas condições iniciais e os mesmos comandos, procurando reproduzir as manobras para validação do modelo implementado no SMH. Os resultados obtidos apresentam a aderência das características de manobras do modelo implementado no SMH, através da comparação das características de manobra obtidas pelo modelo físico em escala reduzida e das obtidas pelo modelo numérico. A dissertação apresenta ainda um estudo de sensibilidade que mostra o efeito dos principais fatores utilizados no laboratório Tanque de Provas Numérico para a calibração dos modelos de embarcações, mostrando que para as manobras consideradas neste trabalho alguns dos efeitos possuem pouca influência nos resultados. Por fim o trabalho conclui que o modelo matemático utilizado pelo SMH representa a capacidade de manobra da embarcação de forma consistente para diversos tipos de manobra, e com um grau de aderência satisfatório. / This research aims to present a validation for the ship maneuvering simulator named SMH, anachronym in Portuguese for Maritime and Waterway Simulator, developed on Tanque de Provas Numérico laboratory. For this propose small scale tests were performed with a model of Alpha Crucis ship aiming to create maneuver data that was used as reference for the numerical model validation. Several types of maneuver where selected to create a characterization of the maneuverability of the ship at low speeds and transient regime, and the parameters that quantify the maneuverability were measured. Then were performed numerical experiments recreating the same maneuver executed with the experimental model, with the same initial conditions and propulsion/rudder controls, trying to reproduce the maneuvers to validate the model implemented on the SMH. The results showed that the maneuvering characteristics predicted by the SMH simulator are similar to measured values in the experiment. The dissertation also presents a sensitivity study that shows the effect of the main parameters used in the laboratory Tanque de Provas Numérico for the vessel model calibration, This study showed that for some maneuvers, the tuning parameters have less influence on the results. Finally, the work concludes that the mathematical model used by the SMH represents the ability of the vessel to maneuver consistently for several types of maneuvers, and with a satisfactory degree of accuracy.

Recent years have seen the significance of utilizing time-synchronized, high resolution measurements from phasor measurement units (PMUs) to develop and implement wide-area monitoring, protection and control (WAMPAC) systems. WAMPAC systems aim to provide holistic view of the power system and enable detection and control of certain power system phenomena to enhance reliability and integrity of the grid. This thesis focuses on the design, development and experimental validation of WAMPAC applications, and investigates their vulnerability to time synchronization impairment. To this purpose, a state-of-the-art real-time hardware-in-the-loop (RT-HIL) test-bench was established for prototyping of synchrophasor-based applications. This platform was extensively used throughout the thesis for end-to-end testing of the proposed WAMPAC applications. To facilitate the development of WAMPAC applications, an open-source real-time data mediator is presented that parses the incoming synchrophasor stream and provides access to raw data in LabVIEW environment. Within the domain of wide-area protection applications, the thesis proposes hybrid synchrophasor and IEC 61850-8-1 GOOSE-based islanding detection and automatic synchronization schemes. These applications utilize synchrophasor measurements to assess the state of the power system and initiate protection / corrective action using GOOSE messages. The associated communication latencies incurred due to the utilization of synchrophasors and GOOSE messages are also determined. It is shown that such applications can have a seamless and cost-effective deployment in the field.   Within the context of wide-area control applications, this thesis explores the possibility of utilizing synchrophasor-based damping signals in a commercial excitation control system (ECS). For this purpose, a hardware prototype of wide-area damping controller (WADC) is presented together with its interface with ECS. The WADC allows real-time monitoring and remote parameter tuning that could potentially facilitate system operators’ to exploit existing damping assets (e.g. conventional generators) when changes in operating conditions or network topology emerges. Finally the thesis experimentally investigates the impact of time synchronization impairment on WAMPAC applications by designing RT-HIL experiments for time synchronization signal loss and time synchronization spoofing. It is experimentally demonstrated that GPS-based time synchronization impairment results in corrupt phase angle computations by PMUs, and the impact this has on associated WAMPAC application. / <p>QC 20171121</p> / smart transmission grid operation and control (STRONg2rid)

Ce travail se place dans le cadre de l'assimilation de données en mécanique des structures. Il vise à développer de nouveaux outils numériques pour l'assimilation de données robuste et en temps réel afin d'être utilisés dans diverses activités d'ingénierie. Une activité cible est la mise en œuvre d'applications DDDAS (Dynamic Data Driven Application System) dans lesquelles un échange continu entre les outils de simulation et les mesures expérimentales est requis dans le but de créer une boucle de contrôle rétroactive sur des systèmes mécaniques connectés. Dans ce contexte, et afin de prendre en compte les différentes sources d'incertitude (erreur de modélisation, bruit de mesure,...), une méthodologie stochastique puissante est considérée dans le cadre général de l’inférence bayésienne. Cependant, un inconvénient bien connu d'une telle approche est la complexité informatique qu’elle engendre et qui rend les simulations en temps réel et l'assimilation séquentielle des données difficiles.Le travail de thèse propose donc de coupler l'inférence bayésienne avec des techniques numériques attrayantes et avancées afin d'envisager l’assimilation stochastique de données de façon séquentielle et en temps réel. Premièrement, la réduction de modèle PGD est introduite pour faciliter le calcul de la fonction de vraisemblance, la propagation des incertitudes dans des modèles complexes et l'échantillonnage de la densité a posteriori. Ensuite, l'échantillonnage par la méthode des Transport Maps est étudiée comme un substitut aux procédures classiques MCMC pour l'échantillonnage de la densité a posteriori. Il est démontré que cette technique conduit à des calculs déterministes, avec des critères de convergence clairs, et qu'elle est particulièrement adaptée à l'assimilation séquentielle de données. Là encore, l'utilisation de la réduction de modèle PGD facilite grandement le processus en utilisant les informations des gradients et hessiens d'une manière simple. Enfin, et pour accroître la robustesse, la correction à la volée du biais du modèle est abordée à l'aide de termes d'enrichissement fondés sur les données. Aussi, la sélection des données les plus pertinentes pour l’objectif d’assimilation est abordée.Cette méthodologie globale est appliquée et illustrée sur plusieurs applications académiques et réelles, comprenant par exemple le recalage en temps réel de modèles pour le contrôle des procédés de soudage, ou l’étude d'essais mécaniques impliquant des structures endommageables en béton instrumentées par mesures de champs. / The work is placed into the framework of data assimilation in structural mechanics. It aims at developing new numerical tools in order to permit real-time and robust data assimilation that could then be used in various engineering activities. A specific targeted activity is the implementation of DDDAS (Dynamic Data Driven Application System) applications in which a continuous exchange between simulation tools and experimental measurements is envisioned to the end of creating retroactive control loops on mechanical systems. In this context, and in order to take various uncertainty sources (modeling error, measurement noise,..) into account, a powerful and general stochastic methodology with Bayesian inference is considered. However, a well-known drawback of such an approach is the computational complexity which makes real-time simulations and sequential assimilation some difficult tasks.The PhD work thus proposes to couple Bayesian inference with attractive and advanced numerical techniques so that real-time and sequential assimilation can be envisioned. First, PGD model reduction is introduced to facilitate the computation of the likelihood function, uncertainty propagation through complex models, and the sampling of the posterior density. Then, Transport Map sampling is investigated as a substitute to classical MCMC procedures for posterior sampling. It is shown that this technique leads to deterministic computations, with clear convergence criteria, and that it is particularly suited to sequential data assimilation. Here again, the use of PGD model reduction highly facilitates the process by recovering gradient and Hessian information in a straightforward manner. Eventually, and to increase robustness, on-the-fly correction of model bias is addressed using data-based enrichment terms.The overall cost-effective methodology is applied and illustrated on several academic and real-life test cases, including for instance the real-time updating of models for the control of welding processes, or that of mechanical tests involving damageable concrete structures with full-field measurements.