All users of an electrical power system expect that the frequency and voltages are maintained within acceptable boundaries at all times. Some participants, mainly generating units, provide the necessary frequency and voltage control services, called ancillary services. Since these participants are entitled to receive a payment for the services provided, markets for ancillary services have been developed along with the liberalisation of electricity markets. However, current arrangements vary widely from a power system to another.<br /><br />This thesis provides a comprehensive assessment of markets for frequency and voltage control ancillary services along three axes: (a) defining the needs for frequency and voltages, as well as specifying the ancillary services that can fulfil these needs; (b) assessing the cost of ancillary services for a producer; and (c) discussing the market design of an efficient procurement of ancillary services.<br /><br />Such a comprehensive assessment exhibits several advantages: (a) stakeholders can quickly grasp the issues related to ancillary services; (b) participants benefit from a standardised method to assess their system; (c) solutions are proposed to improve current arrangements; and (d) theoretical limitations that need future work are identified.

La forte et rapide croissance de l'énergie éolienne à travers le monde a nécessité la mise en vigueur de nouveaux critères normalisés permettant de l'intégrer dans les réseaux électriques sans affecter la qualité et la stabilité du système, et qui peuvent demander aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence dans les réseaux en cas de besoin. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer une solution de loi de commande qui permette aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence du réseau. En analysant les limites des correcteurs classiques de types P, PI et PID, nous avons opté pour la commande LQ munie d'une approche multimodèle et qui a montré de bonnes performances aux résultats de simulation. Certaines améliorations ont été ajoutées à cette loi de commande du genre modèle de référence, action intégrale, ... afin de permettre une poursuite de puissance autour d'une référence donnée qui change selon la fréquence du réseau

Cette thèse présente une nouvelle approche pour contrôler des algorithmes de suivi d'objets mobiles. Plus précisément, afin de s'adapter aux variations contextuelles de suivi, cette approche apprend à régler les paramètres des algorithmes de suivi d'objets basés sur l'apparence ou sur les points d'intérêt. Le contexte de suivi d'une vidéo est défini par un ensemble de caractéristiques : la densité des objets mobiles, leur niveau d'occultation, leur contraste et leur surface 2D. Dans une phase d'apprentissage supervisée, des valeurs de paramètres satisfaisantes sont déterminées pour chaque séquence d'apprentissage. Puis ces séquences sont classifiées en groupant leurs caractéristiques contextuelles. A chaque contexte sont associées les valeurs de paramètres apprises. Dans la phase de contrôle en ligne, deux approches sont proposées. Pour la première approche, quand le contexte change, les paramètres sont réglés en utilisant les valeurs apprises. Pour la deuxième, le réglage des paramètres est réalisé quand le contexte change et quand la qualité de suivi (calculée par un algorithme d'évaluation en ligne) n'est pas assez bonne. Un processus d'apprentissage en-ligne met à jour les relations contextes/paramètres. L'approche a été expérimentée avec des vidéos longues, complexes et plusieurs ensembles de vidéos publiques. Cette thèse propose cinq contributions : (1) une méthode de classification des vidéos pour apprendre hors-ligne les paramètres de suivi, (2) un algorithme d'évaluation en-ligne du suivi, (3) une méthode pour contrôler en ligne le suivi, (4) un algorithme de suivi pouvant s'adapter aux conditions de la scène, (5) une méthode de suivi robuste basée sur le filtre de Kalman et un suivi global.

Une des problématiques amenées par l'utilisation de productions décentralisées d'énergie<br />(PDE) est la difficulté de réglage des niveaux de tension. En effet, l'injection de puissance de ces<br />génératrices induit un changement du plan de tension et du transit de puissance sur le réseau<br />pouvant provoquer des surtensions critiques. Les installations « petite puissance » de PDE sont<br />en règle générale non observables, de plus, l'utilisation de télémesures ou de communications<br />entre ces GED et un organe de contrôle de type OPF est difficilement envisageable en vue des<br />quantités d'informations et des coûts engendrés par ceux-ci.<br />Ainsi, Notre étude porte sur le développement d'un contrôle de tension autonome et<br />intelligent pour ces PDE, utilisant uniquement des informations mesurées localement. Le but est<br />de réaliser un contrôle global de la tension sur un réseau électrique de distribution, sans utiliser de<br />coordination à l'aide de communication. Ce régulateur est capable d'adapter son contrôle et ses<br />objectifs de manière optimale pour conserver la tension dans les limites admissibles sur le réseau<br />considéré.<br />Suite au développement de ce régulateur, des tests logiciels et pratiques ont été faits pour<br />d'une part valider le fonctionnement d'un tel contrôle sur différentes configurations de réseau, ou<br />sur des productions classiques ou intermittentes (éolienne) et d'autre part pour prouver la<br />faisabilité d'un tel système. Ce travail c'est terminé par la comparaison de cette approche locale<br />avec un contrôle coordonné de tension grâce à de la production décentralisée.

Dans la plupart des entreprises de fabrication mécanique, le réglage des machines-outils est une tâche déléguée au régleur qui cherche à garantir les tolérances. Cela a pour conséquence d'augmenter le temps de réglage pour une qualité qui n'est pas au niveau souhaité. Au cours de ces six dernières années, le laboratoire SYMME a élaboré des méthodes de pilotage (Copilot-Pro® et Pilotage inertiel) pour résoudre le problème de réglage des machines-outils. Fondés sur ces deux méthodes, les travaux présentés en font une synthèse et présentent des nouvelles avancées dans le pilotage de commande numériques afin d'obtenir la meilleure qualité possible quelle que soit la complexité de la pièce. L'apport de ce travail est présenté en cinq chapitres. Le premier chapitre présente le contexte général des travaux de recherche et fait un état de l'art des travaux existants, d'une part sur le pilotage et d'autre part sur la conformité. Le pilotage consiste à réduire la variabilité autour de la cible des produits et la conformité consiste à s'assurer que la dispersion d'une caractéristique est contenue dans l'intervalle de tolérance de celle-ci. Le second chapitre revient sur les méthodes de pilotage qui consistent à établir les relations entre les caractéristiques de la pièce et les correcteurs et propose des solutions pour améliorer le calcul de la correction en tenant compte à la fois des tolérances et des nombres de points palpés sur les surfaces de la pièce. Le troisième chapitre présente les stratégies de pilotage et met en évidence les limites des méthodes classiques de détection des situations hors contrôle qui sont la carte de contrôle de Shewhart et la carte T² de Hotelling. Le quatrième chapitre fait une synthèse des méthodologies pour faciliter le déploiement des méthodes dans l'industrie. Le cinquième chapitre présente une application expérimentale du pilotage inertiel et un témoignage de l'utilisation du pilotage matriciel dans une entreprise d'horlogerie. Une conclusion rappelle les principaux apports de ce travail.

Dans la plupart des entreprises de fabrication mécanique, le réglage des machines-outils est une tâche déléguée au régleur qui cherche à garantir les tolérances. Cela a pour conséquence d'augmenter le temps de réglage pour une qualité qui n'est pas au niveau souhaité. Au cours de ces six dernières années, le laboratoire SYMME a élaboré des méthodes de pilotage (Copilot-Pro® et Pilotage inertiel) pour résoudre le problème de réglage des machines-outils. Fondés sur ces deux méthodes, les travaux présentés en font une synthèse et présentent des nouvelles avancées dans le pilotage de commande numériques afin d'obtenir la meilleure qualité possible quelle que soit la complexité de la pièce. L'apport de ce travail est présenté en cinq chapitres. Le premier chapitre présente le contexte général des travaux de recherche et fait un état de l'art des travaux existants, d'une part sur le pilotage et d'autre part sur la conformité. Le pilotage consiste à réduire la variabilité autour de la cible des produits et la conformité consiste à s'assurer que la dispersion d'une caractéristique est contenue dans l'intervalle de tolérance de celle-ci. Le second chapitre revient sur les méthodes de pilotage qui consistent à établir les relations entre les caractéristiques de la pièce et les correcteurs et propose des solutions pour améliorer le calcul de la correction en tenant compte à la fois des tolérances et des nombres de points palpés sur les surfaces de la pièce. Le troisième chapitre présente les stratégies de pilotage et met en évidence les limites des méthodes classiques de détection des situations hors contrôle qui sont la carte de contrôle de Shewhart et la carte T² de Hotelling. Le quatrième chapitre fait une synthèse des méthodologies pour faciliter le déploiement des méthodes dans l'industrie. Le cinquième chapitre présente une application expérimentale du pilotage inertiel et un témoignage de l'utilisation du pilotage matriciel dans une entreprise d'horlogerie. Une conclusion rappelle les principaux apports de ce travail.

La forte et rapide croissance de l’énergie éolienne à travers le monde a nécessité la mise en vigueur de nouveaux critères normalisés permettant de l’intégrer dans les réseaux électriques sans affecter la qualité et la stabilité du système, et qui peuvent demander aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence dans les réseaux en cas de besoin. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer une solution de loi de commande qui permette aux éoliennes de participer au réglage de la fréquence du réseau. En analysant les limites des correcteurs classiques de types P, PI et PID, nous avons opté pour la commande LQ munie d’une approche multimodèle et qui a montré de bonnes performances aux résultats de simulation. Certaines améliorations ont été ajoutées à cette loi de commande du genre modèle de référence, action intégrale, … afin de permettre une poursuite de puissance autour d’une référence donnée qui change selon la fréquence du réseau / The fast and big growth of wind power around the world required the implementation of new standardized criteria to integrate this kind of energy into electric networks without affecting the quality and stability of the system. These criteria could ask the wind turbines to participate in the network frequency control when necessary. Thus, the works presented in this thesis aim to provide a control law solution that allows wind turbines to participate the grid frequency control. By analyzing the limits of traditional regulators such as P, PI and PID, we opted for the LQ controller combined to a multi-model approach because of the good performances shown in the simulation results. Some improvements were added to this control law: reference model, integral action, ... to allow a power trucking for a given reference that changes with the grid frequency

La qualité d’un réseau électrique se mesure notamment par sa résilience, à savoir sa capacité à continuer de fournir, de façon stable, une électricité de qualité malgré les incidents. Cette continuité d’alimentation est notamment assurée par le réglage de la fréquence, ce dernier faisant office de moyen de coopération entre les différentes sources du réseau. Les travaux de cette thèse étudient en profondeur les différentes façons d’assurer ce réglage de la fréquence sur des microréseaux alternatifs îlotés au regard des problématiques nouvelles : intégration croissante de sources d’énergie renouvelables intermittentes et baisse (voire disparition) de l’inertie inhérente aux groupes synchrones tournants. L’objectif principal est de proposer un ensemble de modèles analytiques permettant d’appréhender le comportement dynamique de la fréquence et des puissances actives transitant sur un microréseau, quelle que soit la topologie de ce dernier, afin de constituer une aide au dimensionnement. À cet objectif global s’ajoute un certain nombre de sous-objectifs qui structurent et guident l’ensemble des travaux :- Un objectif pédagogique : les couplages entre l’équilibre des puissances actives et la fréquence sur un réseau alternatif sont clairement explicités, que ces couplages relèvent de la structure et des paramètres physiques du microréseau ou qu’ils soient liés aux lois et paramètres de commande. La lecture des modèles doit ainsi permettre de comprendre analytiquement les différents liens de cause à effet entre les paramètres du système, la fréquence et les puissances,et les spécificités propres à chaque topologie de microréseau.- Un objectif de simplicité et de modularité : les modèles proposés doivent pouvoir être adaptés selon les cas particuliers de topologies, afin que tout lecteur puisse les réutiliser facilement en dehors du cadre de cette étude. Pour ce faire, ces travaux utilisent des modèles mathématiques sous forme de schémas blocs, intégrables sous Matlab.- Enfin, un objectif de modélisation « grand signal » : pour trancher avec l’approche petit signal de beaucoup de modélisations de microréseaux classiques, et pour permettre d’appréhender le comportement du microréseau sur une large plage de déséquilibre de puissance

L’intégration croissante de la production éolienne ne participant pas au réglage de fréquence induit de nouvelles difficultés de gestion des systèmes électriques. Ces problèmes sont d’autant plus significatifs que le réseau est faible. La présente thèse vise à évaluer la performance et la fiabilité du réglage de fréquence des éoliennes à l’échelle du système électrique. Les études sont appliquées sur un réseau insulaire.D’abord, l’impact d’un fort taux de pénétration de la production éolienne sur l’allocation de la réserve primaire et sur le comportement dynamique du réseau est caractérisé. Il est montré que la participation des éoliennes au réglage de fréquence est techniquement indispensable pour le maintien de la sûreté du système électrique à partir d’un certain taux de pénétration. Deux solutions permettant aux éoliennes de contribuer au réglage de fréquence sont ensuite étudiées par simulations dynamiques. La performance d’une inertie émulée est caractérisée en considérant l’impact du point de fonctionnement initial des éoliennes et des paramètres du contrôleur. La contribution de la réserve éolienne à l’amélioration de la performance dynamique du système est également identifiée.Afin d’évaluer le potentiel et la fiabilité de la réserve éolienne, la dernière partie de ce travail est consacrée aux études statistiques prenant en compte la variabilité et l’incertitude de la prévision de la production. Deux stratégies du placement de réserve sont proposées et comparées. L’impact des erreurs de prévision sur le potentiel de réserve éolienne est également mis en évidence. Enfin l’énergie réglante d’une ferme et la plage de réglage du statisme éolien sont caractérisées / The increasing development of wind power that does not participate in frequency control leads to new challenges in the management of electrical power systems. The problems are more significant in weak power grids. The present thesis aims to evaluate the performance and the reliability of frequency response from wind turbines on a system-wide scale. Studies are applied onto an isolated power grid.First of all, the impact of high levels of wind penetration on primary reserve allocation and on grid dynamic behaviour is characterized. It is shown that the participation of wind turbines in frequency regulation is technically required for maintaining power system security from a certain wind penetration rate.Two solutions allowing wind turbines to contribute to frequency control are then studied through dynamic simulations. The performance of emulated inertia is characterized by taking into account the impact of initial wind operating point and controller parameters. The contribution of wind power reserve to system dynamic performance improvement is also identified.In order to assess the potential and the reliability of wind primary reserve, the last part of this research work is devoted to statistical analyses considering the variability and the prediction uncertainty of wind generation. Two strategies for reserve allocation are proposed and compared. The impact of forecast errors on the potential of wind power reserve is also highlighted. Finally the power frequency characteristic of a wind farm as well as the droop adjustment range is characterized

L’intégration massive de la production d’énergie éolienne intermittente au niveau des réseaux électriques pose un problème de stabilité du système électrique. En effet les caractéristiques sont très différentes de celles de sources conventionnelles maîtrisées par les gestionnaires de réseau. Par conséquent, l’injection de cette énergie induit de nouveaux challenges pour les gestionnaires de réseaux électriques. De plus, les conditions de raccordement évoluent et tendent à ce que toutes les sources participent aux services rendus aux systèmes électriques. Les travaux de cette thèse sont focalisés sur la proposition d’une nouvelle stratégie de commande non-linéaire basée sur la commande par « platitude à une boucle » d’un système de conversion d’énergie éolienne. Cette stratégie de contrôle vise la gestion des interactions au point de connexion par la génération et le suivi de trajectoires de références. De par le fait que toutes les variables du système sont liées à la « sortie plate » de ce système, cette commande procure une rapidité de réponse et une bonne maitrise des régimes transitoires. La mise en œuvre de cette nouvelle stratégie de contrôle pour la constitution d’un parc éolien offshore, capable de satisfaire différentes conditions de raccordement a été simulée avec succès. Plus particulièrement, l’évaluation de l’impact de différents défauts du réseau sur les services proposés (Régulation de fréquence et de tension, la tenue aux creux de tension.) a été réalisée. / The massive integration of intermittent production of wind energy in electrical networks creates an electrical system stability problem. Indeed, its characteristics are very different from those of conventional sources controlled by Grid managers. Therefore, the injection of this energy makes new challenges for power Grid operators. Moreover, the connection conditions are evolving and go towards the situations that all different sources participate into services of electrical systems. This thesis proposes a new nonlinear control strategy based on a « one loop flatness control » of a wind energy conversion system. This control strategy has aim of energy interactions management at the connection point through generation and tracking of reference trajectories. As all system variables are functions of the « flat output » of the system, this control provides fast response and good control in transient state. The application of this new control strategy into an offshore wind farm which is able to satisfy different connection conditions was simulated successfully. Specifically, effects of various grid faults on the proposed ancillary services (frequency and voltage regulation, and low-voltage ride through capabilities) were performed.