Une infrastructure robuste de surveillance basée sur des mesures numériques classiques est souvent utilisée pour permettre une gestion efficace du réseau de distribution électrique, néanmoins les mesures de phaseurs synchronisés, également connu comme synchrophaseurs, sont particulièrement efficaces pour améliorer la capacité de gestion et la surveillance de ces réseaux. Le synchrophaseur est un phaseur numériquement calculé à partir des échantillons de données en utilisant une source temporelle absolue pour un horodatage extrêmement précis des mesures effectuées.De ce fait, les applications des synchrophaseurs sont très nombreuses dans les réseaux électriques, en particulier dans les réseaux de transport. Ils permettent notamment de mesurer la différence angulaire entre les noeuds, l'estimation d'état linéaire, détecter l'îlotage, surveiller la stabilité oscillatoire, et détecter et identifier les défauts. Ainsi, nous pourrions être amenés à croire que pour apporter les avantages bien connus des mesures synchronisées vers les réseaux de distribution électriques, il serait seulement nécessaire de placer les Unités de Mesure de Phaseur, également connu par l'abréviation anglophone PMU, d'une manière directe dans l'environnement de la distribution électrique. Malheureusement, cette tâchen'est pas aussi évidente qu'elle n'y paraît.Les réseaux de distribution électriques et les réseaux de transport ont des caractéristiques opérationnelles différentes, donc les PMUs dédiées aux réseaux de distribution doivent avoir des caractéristiques différentes de celles consacrées aux réseaux haute tension. Les réseaux de distribution intelligents possèdent des longueurs de ligne plus courtes en produisant une ouverture angulaire plus petite entre les noeuds adjacents. En outre, le contenu harmonique élevé et la déviation en fréquence imposent aussi des défis pour l'estimation des phaseurs. Les appareils synchronisés avancés dédiés pour la surveillance du réseau de distribution doivent surmonter ces défis afin de mener la précision des mesures au-delà des exigences actuelles.Cette problématique globale est traitée et évaluée dans la présente thèse. La précision de l'estimation de phaseur est directement liée à la performance de l'algorithme utilisé pour traiter les données. Une grande robustesse contre les effets pernicieux qui peuvent dégrader la qualité des estimations est fortement souhaitée. De ce fait, trois algorithmes adaptifs en fréquence sont présentés en visant l'amélioration du processus d'estimation des mesures de phaseurs dans les réseaux de distribution actifs. Plusieurs simulations en utilisant des signaux corrompus sont réalisées pour évaluer leurs performances dans des conditions statiques et/ou dynamiques.Prenant en compte l'estimation précise des phaseurs, quatre applications potentielles sont présentées pour augmenter la perception, la compréhension et la projection des actions dans les réseaux de distribution. Des contributions sont apportées concernant le circuit équivalent de Thévenin vu par le point de couplage commun (PCC) entre la production décentralisée et les réseaux de distribution. Des contributions sont également apportées pour les équivalents dynamiques externes et l'évaluation de la chute de tension dans les réseaux moyenne-tension radiaux, ainsi que l'évaluation de la problématique des harmoniques pour l'amélioration de la méthode classique nomée PH (puissance active harmonique) pour détecter à la fois la principale source de pollution harmonique et le vrai flux de puissance harmonique sous déviation en fréquence.Le sujet des mesures de phaseurs synchronisés dans le réseaux électrique de distribution est encore peu exploré et les questionnements quant à son applicabilité sont communs, néanmoins cette thèse vise à fournir des propositions pour contribuer à l'avènement de mesures de phaseurs dans l'environnement de la distribution électrique. / Robust metering infrastructure based on classical digital measurements has been used to enable a comprehensive power distribution network management, however synchronized phasor measurements, also known as synchrophasors, are especially welcome to improve the overall framework capabilities. Synchrophasor is a phasor digitally computed from data samples using an absolute and accuracy time source as reference. In this way, since the absolute time source has sufficient accuracy to synchronize voltage and current measurements at geographically distant locations, it is possible to extract valuable informations of the real grid operating status without full knowledge of its characteristics.Due to this fact, applications of synchronized phasor measurements in wide-area management systems (WAMSs) have been achieved. Angular separation, linear state estimation, islanding detection, oscillatory stability, and disturbance location identification are some of the several applications that have been proposed. Thus, we could be lead to believe that to bring the well-known benefits of the synchronized measurements toward electric distribution grids it is only required to place in a straightforward manner conventional Phasor Measurement Units (PMUs) into the electric distribution environment. Unfortunately, this is not as simple as it seems.Electric power distribution systems and high-voltage power systems have different operational characteristics, hence PMUs or PMU-enabled IEDs dedicated to distribution systems should have different features from those devoted to the high-voltage systems. Active distribution grids with shorter line lengths produce smaller angular aperture between their adjacent busbars. In addition, high harmonic content and frequency deviation impose more challenges for estimating phasors. Generally, frequency deviation is related to high-voltage power systems, however, due to the interconnected nature of the overall power system, frequency deviation can be propagated toward the distribution grid. The integration of multiple high-rate DERs with poor control capabilities can also impose local frequency drift. Advanced synchronized devices dedicated to smart monitoring framework must overcome these challenges in order to lead the measurement accuracy beyond the levels stipulated by current standard requirements.This overall problematic is treated and evaluated in the present thesis. Phasor estimation accuracy is directly related to the algorithm's performance used for processing the incoming data. Robustness against pernicious effects that can degrade the quality of the estimates is highly desired. Due to this fact, three frequency-adaptive algorithms are presented aiming to boost the phasor estimation process in active distribution grids. Several simulations using spurious and distorted signals are performed for evaluating their performances under static and/or dynamic conditions.Taking into account accurate phasor estimates, four potential applications are presented seeking to increase situational awareness in distribution environment. Contributions are presented concerning online Thévenin's equivalent (TE) circuit seen by the Point of Common Coupling (PCC) between DERs and the grid side, dynamic external equivalents and online three-phase voltage drop assessment in primary radial distribution grids, as well as assessment of harmonic issues for improving the classical PH method (harmonic active power) to detect both the main source of harmonic pollution and true power flow direction under frequency deviation.The issue of synchronized phasor measurements in electric power distribution systems is still underexplored and suspicions about its applicability are common, however this thesis aims to provide propositions to contribute with the advent of phasor measurements in electric distribution environment.

Patch antennas are fundamental elements in many microwave communications systems. However, patch antennas receive/transmit signals over a very narrow bandwidth (typically a maximum of 3% bandwidth). Design modifications directed toward bandwidth expansion generally yield 10% to 40% bandwidth. The series varactor tuned patch antenna configuration was the bandwidth enhancement method explored in this research; this configuration is implemented by dividing a patch antenna into multiple sections and placing varactors across the resultant gaps. In addition to yielding a large bandwidth, the configuration has a number of ancillary benefits, including straightforward integration and design flexibility. Through the research represented by this work, the properties of the series varactor tuned patch antenna, herein referred to as the Fragmented Patch Antenna (or FPA), were explored and optimized. As a result, an innovative patch antenna was produced that yielded 63.4% frequency tuning bandwidth and covered a frequency range between 2.8 and 5.4 GHz. The wide bandwidth was achieved through a detailed parametric study. The products of this study were the discovery of multiple tuning resonances that were used to expand the tuning bandwidth and the understanding/documentation of the significance of specific antenna dimensions. Measurement results were obtained through the fabrication of a prototype antenna using semiconductor varactors. In the second research phase, the construction of capacitors using the tunable permittivity material Barium Strontium Titanate (BST) was investigated. Using this material in conjunction with nano-fabrication techniques, varactors were developed that had good estimated performance characteristics and were considered appropriate for integration into adaptive microwave circuitry, such as the tunable antenna system. The varactors were constructed by using Focused Ion Beam (FIB) milling to create a nano-scale capacitive gap in a transmission line. A combination of end-point current detection (EPD) and cross-section scanning electron (SEM) and ion beam (FIB) microscope images were used to optimize the milling procedure. The future extensions of this work include the integration of the BST varactors with the antenna design; the configuration of the developed BST varactors lends itself to a straightforward integration with the FPA antenna.

Le projet FUI12 RLDO – dans le cadre duquel s’inscrit cette thèse – préconise une solution de réseau de topologie en étoile passive pour la montée en débit des réseaux domestiques. Cette solution de réseau rencontre des difficultés dans son implémentation avec la non-uniformité des puissances des ports de sortie des coupleurs multimodes. L’analyse de ce point nous a permis de comprendre que les propriétés des modes de propagation dans les éléments du réseau jouent un rôle clé dans les problèmes rencontrés. Pour caractériser la propagation dans le réseau, nous avons développé un banc de réflectométrie optique complexe dans le domaine fréquentiel. Les phénomènes limitant la sensibilité à la phase – liés en particulier à la non-linéarité du balayage en fréquence de la source laser – sont étudiés pour contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes. Puis les performances de la mesure en intensité et en phase de l’instrument que nous avons mis en place sont testées. Nous avons aussi étudié les conditions de résolution optimales pour caractériser les modes d’un guide multimode et analysé l’incertitude sur la dispersion chromatique dans le cas où il est impossible de déterminer si on a accès à un mode ou plusieurs modes dans un diagramme de dispersion donné. Nous introduisons par la suite une méthode d’analyse temps-fréquence adaptative, permettant d’obtenir les courbes de dispersions avec une résolution optimale. Cette méthode nous a permis de montrer le caractère quasi-monomode, en condition d’excitation monomode, de la fibre multimode spéciale RLDO à 1310 nm et à 1550 nm. L’analyse de la propagation dans les fibres optiques, associée au modèle que nous avons développé pour comprendre le fonctionnement des coupleurs multimodes, a permis d’expliquer les difficultés rencontré avec les premières expérimentations de la topologie de réseau en étoile passive multimode et d’envisager des pistes de réalisation d’un prototype de réseau fonctionnel / In order to develop high capacity future-proof home network, the FUI 12 RLDO project suggests passive star network topology using multimode couplers. This topology encounters implementation difficulties due to the non-uniformity of the power distribution in the output ports of multimode couplers. Analyzing this problem shows that the properties of modes propagating in the network elements plays a key role in this non-uniform characteristics of multimode couplers. In order to characterize these modes propagating in the network, we have developed a complex optical frequency domain reflectometry (OFDR) setup. The phenomena limiting the sensitivity to the phase in OFDR – in fact, those related to the non-linear frequency tuning of the laser source - are investigated to contribute to a better understanding of the limiting mechanisms. Then we have tested the intensity and phase measurement performance of the developed setup. Later, we studied the optimal resolution conditions to characterize the modes in a multimode waveguide. We have also analyzed the uncertainty of the measurement of the chromatic dispersion of modes in case where it is impossible to determine whether one or several modes are present in a given dispersion curve. Additionally, we have introduced an adaptive time-frequency method, to obtain the dispersion curves with optimal resolution. This method allows us to show the versatility of the special RLDO multimode fiber (single-mode behavior under single-mode excitation at 1310 nm and 1550 nm). The analysis of the propagation in the optical fibers, associated with a model we have developed to study the behavior of multimode couplers, has permitted to explain encountered difficulties with the experiments of the multimode passive star network topology. This also gives insights to develop a functional prototype of network