Dans cette thèse, les mesures de tension fournies par l'infrastructure de comptage avancé (Advanced Metering Infrastructure, AMI) sont utilisées pour contrôler un régleur en charge situé à la sous station HTA/BT. La thèse présente une méthode simple permettant de sélectionner les clients basse tension pour lesquels les mesures de tension sont utilisées comme une entrée au contrôleur du régleur en charge. Le procédé mis au point tient compte de la charge et de la topologie du réseau. En outre, une méthode simple pour créer des courbes réalistes et statistiquement correctes pour les études de réseaux est présenté. Les méthodes créées ont été testées en utilisant des données réelles de réseaux basse tension sur un logiciel très utilisé dans le secteur de la distribution d'électricité ont conduit à des résultats encourageants; quelques clients par réseau basse tension doivent être surveillés afin d’estimer avec une grande précision où se situe les extremums de tension sur le réseau.Cette méthodologie est également utilisée pour estimer la capacité d'accueil de génération d'énergie photovoltaïque dans un réseau à basse tension donné.Dans la première partie, l'évolution de la capacité d'accueil en utilisant trois types de contrôle de tension différents; un régleur en charge de cinq et neuf positions et le contrôle de la tension à travers les générateurs photovoltaïques, sont étudiés. L'étude considère deux cas différents pour le placement et le dimensionnement des générateurs photovoltaïques dans un réseau basse tension. Les résultats sur 38 réseaux basse tension sont fournis.Dans la deuxième partie, les capacités d'accueil de 631 réseaux basse tension, situés dans une région métropolitaine française, sont analysés en utilisant un régleur en charge de cinq et neuf positions.Le travail a été réalisé en collaboration avec Électricité Réseau Distribution France (ERDF), le principal opérateur du réseau de distribution français. Toutes les études présentées dans la thèse reposent sur les données réelles de fonctionnement normal. En outre, toutes les études sont mises en œuvre sur un logiciel largement utilisé dans l'industrie de la distribution d'énergie.Comme une partie introductive aux réseaux basse tension, la thèse fournit une vue générale sur le système électrique français. De plus, la thèse présente un certain nombre de technologies sélectionnés en tenant compte des réseaux basse-tension qui semblent prometteurs pour le futur. / In this thesis, voltage measurements provided by the advanced metering infrastructure (AMI) are used to control an on-load tap changer located at the secondary substation. The thesis presents a practical and a straightforward method of selecting the low voltage customers whose voltage measurements are used as an input to the controller of the on-load tap changer. The developed method takes into account the load and the topology of the network. Furthermore, a simple method of creating synthetic and statistically correct load curves for networks studies is presented. The created methods have been tested by using real data of low voltage networks on a common platform in the power distribution industry leading to encouraging results; a few customers per low voltage network should be monitored in order to achieve accurate voltage measurements.This methodology is further applied to estimate the hosting capacity of photovoltaic power generation in a given low voltage network.In the first part, the evolution of the hosting capacity by using three different types of voltage control; an on-load tap changer of five and nine tap positions and voltage control through photovoltaic power generators, is studied. The study considers two different cases for placing and sizing the photovoltaic generators in a low voltage network. The results of 38 low voltage networks are provided.In the second part, the hosting capacities of 631 low voltage networks, located in a French metropolitan area, are analysed by using an on-load tap changer of five and an on-load tap changer of nine tap positions.The work has been together with Électricité Réseau Distribution France (ERDF), the major French distribution system operator. All studies presented in the thesis are based on the real operational data of the company. Moreover, all studies are implemented on a platform that is widely used in the power distribution industry.As an introductory part to low voltage networks, the thesis provides a general view about the French power system. In addition, the thesis presents a number of selected technologies considering low voltage networks that seem promising in the future.

L'évolution des réseaux électriques d'une transmission de puissance unidirectionnelle classique vers un réseau diversifié avec, une grande variété de consommateurs et producteurs d'électricité, requiert le développement des technologies de mesure et de communication avancés et/ou nouvelles. Dans le cadre du projet SOGRID, une méthode innovante de mesure de courant a été développée pour enrichir la gamme existante des capteurs de courant et pour faciliter l’installation dans le réseau électrique. En effet, le capteur innovant développé ici est non seulement non-intrusif, mais peut également être déporté du câble.Dans les réseaux électriques, l'obstacle principal pour une mesure précise du courant est la nature triphasée de transmission de puissance. Un capteur de courant qui doit être utilisé dans le réseau électrique doit donc fournir une sélectivité géométrique entre les différentes phases. Les solutions commerciales existantes sont dites non-intrusives, mais nécessitent tout de même de venir entourer le conducteur d'intérêt pour mesurer le champ le long d'un chemin fermé. Ces solutions comprennent des bobines de Rogowski et les mesures en boucle fermée avec des capteurs de champs comme les magnétorésistances, les capteurs à effet Hall ou les fluxgates. Toutefois, un placement autour du conducteur limite la miniaturisation requise par le développement des réseaux intelligents : des capteurs miniatures peuvent être intégrés avec d'autres unités de mesure et de transmission de données pour permettre le suivi et le contrôle des réseaux intelligents modernes avec une maille plus dense.Afin de rependre à ces exigences, et pour améliorer la sélectivité géométrique des conducteurs, une méthode de mesure de courant basée sur la décomposition du champ en harmoniques spatiales a été développée dans cette thèse.Cette décomposition est basée sur le développement du champ magnétique à l'intérieur d'une région défini avec une série de fonctions périodiques angulaires, une loi d’évolution radiale particulière et des coefficients de développement correspondants, de sorte que la somme des ordres (théoriquement infini) de développement reconstruit le champ avec précision. Si ce développement est effectué pour une région sans sources, qui est donc entouré des sources de champ, il est défini comme une décomposition interne, qui utilise des fonctions croissantes du rayon, à partir du centre de décomposition en direction de la source de champ. Le procédé de mesure de courant est basé sur la détermination des coefficients de développement pour les différents ordres, dans lequel les ordres supérieurs présentent une dépendance réduite aux sources de perturbation (plus éloignes du conducteur d’intérêt). La relation entre ces coefficients et le courant d'intérêt est linéaire et défini par des facteurs de transfert.Afin d'exploiter la sélectivité géométrique accrue des ordres supérieurs, il est nécessaire d'effectuer un nombre suffisant de mesures du champ magnétique sur la limite d'une région appropriée afin de déduire les coefficients de développement à partir de la résolution d'un problème inverse. La taille et le positionnement de ce réseau de capteurs jouent des rôles essentiels dans la détectabilité des contributions d'ordre supérieur. Des prototypes appropriés pour une décomposition en 2D (pour les conducteurs rectilignes) et en 3D (pour les conducteurs avec des chemins arbitraires) ont été conçus, mis en œuvre et ensuite testés en laboratoire au cours de cette thèse.D'autres développements se concentrent sur la détermination des facteurs de transfert caractéristiques. En effet, tandis que ceux-ci peuvent être facilement déterminés si un courant contrôlé connu est introduit dans le conducteur, une méthode qui permet de les retrouver dans des conditions d'opération réelles doit être développée pour des applications industrielles. Afin de répondre à ce besoin, une méthode de calibration appropriée est aussi présentée dans cette thèse. / The evolution of electrical grids from conventional unidirectional power transmission to diverse networks with a large variety of electricity consumers and producers requires the development of advanced and/or novel measurement and communication technologies, in order to create smart grids. As a part of the SOGRID project, an innovative current measurement method was developed to supplement the existing range of current sensors and to facilitate the installation, since the sensor is not only non-intrusive but can also be located at a distance from the cable.The primary obstacle for precise current measurement in power grids is the three-phase nature of power transmission. A current sensor that is to be employed in the electrical grid must therefore provide geometrical selectivity between the individual phases. Existing commercial current sensors are non-intrusive but require placement around the conductor of interest, e.g. to measure the field along a closed path. Solutions include Rogowski coils, magnetoresistors, Hall effect or fluxgate sensors as well as magneto-optical solutions. However, a placement around the conductor limits the miniaturization required by smart grid development: miniature sensors can be integrated with other measurement and data transmission units, thus enabling the densely meshed monitoring and control of modern smart grids. In order to avoid these restrictions and to improve geometrical selectivity, a current measurement method based on the decomposition of the field into spatial harmonics has been developed in this thesis. The measurement principle allows for the fabrication of innovative current sensors that can be installed besides the conductor.The decomposition of the magnetic field into spatial harmonics is based on the development of the magnetic field within a defined area/volume in a series of products of periodic functions, a radial dependence and corresponding development coefficients, so that the sum of the (in theory infinite number of) development orders reconstructs the field accurately. If this development is performed for a source-free region besides the source of the field, it is defined as an internal decomposition, which uses functions that increase from the center of decomposition toward the field source. The current measurement process is based on the determination of the development coefficients for the various orders, wherein higher orders exhibit a reduced dependence on perturbing sources (as long as the field measurements are performed closer to the conductor of interest than to the perturbing conductor). The relation between these coefficients and the current of interest is linear and defined by transfer factors.In order to exploit the increased geometrical selectivity of higher orders, it is necessary to perform a sufficient number of magnetic field measurements on the boundary of a suitable area/volume in order to derive the development coefficients from the solution of an inverse problem. The size and positioning of this sensor array also plays a vital role in the detectability of higher order contributions to the field. Suitable 2D (for straight conductors) and 3D (for arbitrary conductor paths) prototypes were designed, implemented and subsequently tested in the laboratory during this thesis.Further developments focus on determining the characteristic transfer factors. While these can be easily determined if a known controlled current is induced in the conductor, a method that allows for their determination under real operating conditions must be developed for industrial applications. A suitable calibration method is presented in this thesis.

La consommation d'énergie augmente d'année en année en raison de la croissance de la population et des conditions économiques. Afin de répondre aux besoins de la population et de la société d'utiliser l'électricité, le Gouvernement Cambodgien a mis en place la politique de promotion et d'encouragement du développement de l’électrification ; tous les villages auront de l'électricité d'ici 2020 et au moins 70% des domiciles auront accès à la bonne qualité du réseau électrique d'ici 2030. Pour réussir ces objectifs, l'étude et le développement de la méthodologie du réseau de distribution basse tension (BT) sont étudiés. Cette thèse étudie la planification du réseau de distribution BT avec intégration de Photovoltaïque (PV) et de stockage d’énergie de batterie (BES). La première partie est développée la méthode de planification à long terme pour tacler le défi de l'incertitude sur la charge en zone urbaine ;le nouvel algorithme a été développé pour rechercher l'architecture optimale de minimisation du coût d’investissement (CAPEX) et d’exploitation (OPEX) qui respecte l'ensemble de contraintes topologies et électriques (courant et tension) grâce à la programmation linéaire mixte en nombres entiers à contraintes quadratiques (PLMNECQ), le plus court chemin , first-fit bin-packing, et la méthode de Monte-Carlo. La deuxième partie est traité de l'extension de la zone de couverture de l'électricité avec deux solutions possibles, sont le renforcement du réseau et l'intégration de PV-BES pour le village rural ; l'algorithme génétique (GA) et la technique itérative ont été codés pour rechercher l’emplacement et la capacité. La dernière partie du travail est concentrée sur la planification du réseau de distribution résidentielle BT pour les zones non électrifiées aux rural et urbain grâce à l'architecture optimale et l'intégration de PV-BES sur l'horizon de planification. / The energy consumption is increasing year by year due to the growth of population and the economic conditions. In order to meet the need of population and society to use electricity, the Cambodian government has established the policy to promote and encourage the development of electrification; all the villages will have electricity by the year 2020, and at least 70% of households will have access to grid quality by the year 2030. To achieve these goals, the study and development of methodology on the Low-Voltage (LV) distribution system are investigated. This thesis studies the planning of LV distribution system with integration of Photovoltaic (PV) and Battery Energy Storage (BES). The first part is developed the long-term planning method to tackle the challenge of load demand uncertainty in urban area; the novel algorithm was developed to search for the optimal architecture of minimizing the capital expenditure (CAPEX) and the operation expenditure (OPEX) which respects to the set of topology and electrical (current and voltage) thank to mixed integer quadratically constrained programming (MIQCP), shortest-path, first-fit bin-packing, and Monte-Carlo method. The second part is dealt with the extension of electricity coverage area with two possible solutions which are grid reinforcement and integration of PV-BES for rural village; the Genetic algorithm (GA) and iterative technique were coded to search for location and sizing. The last part is concentrated on the planning of residential low-voltage distribution system in both rural and urban for non-electrified area thanks to the optimal architecture and PV-BES integration over the planning horizon.

Le raccordement des systèmes PV ou des systèmes de recharge des VE au réseau peut avoir des impacts sur le fonctionnement du réseau:• Variation de tension• Déséquilibre de tension entre phases• Impact du caractère intermittent de la ressource solaire• Impact du caractère aléatoire des systèmes de recharge des VE• Injection d'harmoniques de découpage au réseau si les onduleurs ne sont pas munis de filtres efficaces• Interactions harmoniques entre onduleurs à travers le réseau• Injection de courant continu au réseau• Courants de fuite• Impact sur les pertes• Impact sur la congestion en cas de recharge des VE…C'est pourquoi, l'objectif de cette thèse est de développer les stratégies de contrôles/commandes intelligents pour les onduleurs PV et les systèmes de recharge des VE de afin de- réduire le coût total du système PV ou du système de recharge,- augmenter la performance des onduleurs PV raccordés au réseau- augmenter le taux de pénétration des systèmes PV ou de recharge des VE- assurer la continuité de service- participer au réglage de tension et de fréquence du réseau- contribuer à la stabiliser le réseau en cas nécessaire- améliorer la qualité de l'énergie- éviter les congestions…Dans le cadre du travail, la définition des services apportés par systèmes PV ou les systèmes de la recharge des VE est nécessaire. Ces services que les systèmes PV ou les systèmes de recharges qui peuvent apporter au réseau, sont élaborés dans un but prospectif : respect du plan de tension par régulation, absorption/production de puissance réactive selon le besoin, tenue aux creux de tension, amélioration de la qualité.Les études concernées :- Etude des interactions (impacts) entre les onduleurs PV et le réseau- Etude des interactions (impacts) entre les onduleurs de la recharge des VE et le réseau- Définition des services apportés par ces systèmes- Développement et modélisation d'un onduleur bidirectionnel- Développement des systèmes de contrôle/commande intelligent pour ces services:o Réglage de tension. Gestion de congestion. Amélioration de la qualité (ex : harmoniques). Capacité de tenue aux creux de tension. / The connection of PV systems or EV charging systems may impact on the operation of the electrical network:• Voltage variation• Voltage unbalance between phases• Impact of the intermittent nature of the solar resource• Impact of the random nature of EV charging systems• Harmonic injection in the network• DC injection network• Leakage currents• Impact on loss• Impact on congestion in case of EV charging ...Therefore, the objective of this thesis is to develop strategies to control / intelligent controls for PV inverters and charging systems for EVs to- Reduce the total cost of the PV system or charging system,- Increase the performance of PV inverters connected to the network- Increase the penetration of PV or EV charging- Ensure continuity of service- Participate in the regulation of grid voltage and grid frequency- Contribute to stabilize the grid- Improving the quality of energy- Avoid congestions...As part of the work, the definition of services provided by PV systems or EV charging systems is required. These services PV systems or systems that can provide to the network, are developed in a prospective: regulation of the voltage plan, absorption / reactive power as needed, withstand voltage dips, improving quality. Studies concerned:- Study of interactions (impacts) between PV inverters and network- Study of interactions (impacts) between the inverters and EV charging network- Definition of the services provided by these systems- Development and modeling of a bidirectional inverter- Development of control systems / intelligent control for these services: Voltatge controlo Management of congestiono Improved quality (eg harmonics). Ability to ride-through voltage dips.

En 2010, ERDF (Electricité Réseau Distribution France) a entamé la mise en place du projet « Linky » dont l'objectif est d'installer 35 millions de compteurs intelligents en France. Ces compteurs permettront de collecter les données de consommation en « temps réel », avec lesquelles des modèles de charge plus précis pourront être envisagés. Dans ce contexte, cette thèse définit deux objectifs: la définition de modèles prédictifs de charge pour la conduite et la conception de modèles d'estimation de charge pour la planification. En ce qui concerne la conduite, nous avons développés deux modèles. Le premier exploite le formalisme mathématique des séries chronologiques ; le second est basé sur un réseau de neurones. Les deux modèles cherchent à prévoir la charge des jours « J+1 » et « J+2 » à partir des informations collectées jusqu'au jour « J ». Le modèle « série chronologique » repose sur les propriétés temporelles des courbes de charge. Ainsi on découpe la courbe de charge en trois parties : la tendance, la périodicité et le résidu. Les premiers deux sont déterministes et indépendamment développés en deux modèles : le modèle de tendance et le modèle de cyclicité. La somme de la prévision de ces deux modèles est la prévision finale. Le résidu quant à lui capture les phénomènes aléatoires que présente la courbe de charge. Le modèle de prédiction ainsi développé s'aide de nombreux outils statistiques (e.g., test de stationnarité, test ANOVA, analyse spectrale, entres autres) pour garantir son bon fonctionnement. Enfin, modèle « série chronologique » prend en compte plusieurs facteurs qui expliquent la variation dans la courbe de consommation tels que la température, les cyclicités, le temps, et le type du jour, etc. En ce qui concerne le modèle à base de réseaux de neurones, nous nous focalisons sur les stratégies de sélection de la structure pour un modèle optimal. Les choix des entrées et du nombre de neurones cachés sont effectués à travers les méthodes dites de «régression orthogonale » et de « leave-one-out-virtuel ». Les résultats montrent que la procédure proposée permet de choisir une structure de réseau de neurones qui garantisse une bonne précision de prédiction. En ce qui concerne la planification, un modèle non paramétrique est proposé et comparé avec le modèle actuel « BAGHEERA » d'EDF. Avec l'ouverture du marché d'électricité, la relation entre les fournisseurs, les clients et les distributeurs devient flexible. Les informations qualitatives d'un client particulier telles que sa puissance souscrite, son code d'activité, ses tarifs etc. sont de moins en moins disponibles. L'évolution du modèle BAGHEERA qui dépend ces informations pour classer les clients dans différentes catégories est devenue indispensable. Le modèle non paramétrique est un modèle individuel centré sur le relevé des compteurs. Trois variables de régression non paramétriques : Nadaraya Watson, Local Linear et Local Linear adapted ont été analysées et comparées. Les scénarios de validation montrent que le modèle non paramétrique est plus précis que le modèle « BAGHEERA ». Ces nouveaux modèles ont été conçus et validés sur de vraies données collectées sur le territoire français. / From 2010, ERDF (French DSO) started the “Linky” project. The project aims at installing 35 millions smart meters in France. These smart meters will collect individual client's consumption data in real time and transfer these data to the data center automatically in a certain frequency. These detailed consumption information provided by the smart metering system enables the designs of more accurate load models. On this purpose, two distinctive objectives are defined in this dissertation: the forecasting load models for the operation need and the estimation load models for the planning need. For the operation need, two models are developed, respectively relying on the “time series” and the “neural network” principals. They are both for the objective of predicting the loads in “D+1” and “D+2” days based on the historical information till “D” day. The “time series” model divides the load curve into three components: the trend, the cyclic, and the residual. The first two parts are deterministic, from which two models named the trend model and the cyclic model are made. The sum of the prevision of these two models is the final prediction result. For a better precision, numerous statistical tools are also integrated such that the stationary test, the smoothed periodogram, the ANOVA test and the gliding window estimation, etc. The time series model can extract information from the influence factors such as the time, the temperature, the periodicities and the day type, etc. Being the most popular non linear model and the universal approximator, the neural network load forecasting model is also studied in this dissertation. We focus on the strategy of the structure selection. The work is in collaboration with Prof. Dreyfus (SIGMA lab), a well known expert in the machine learning field. Input selection and model selection are performed by the “orthogonal forward regression” and the “virtual-leave-one-out” algorithms. Results show that the proposed procedure is efficient and guarantees the chosen model a good accuracy on the load forecasting. For the planning, a nonparametric model is designed and compared with the actual model “BAGHEERA” of the French electricity company EDF. With the opening of the electricity market, the relationship among the regulators, suppliers and clients is changing. The qualitative information about a particular client such as his subscribed power, his activity code and his electricity tariffs becomes less and less available. The evolution from the BAGHEERA model to a data-driven model is unavoidable, since the BAGHEERA model depends on these information to attribute every client in the French territory into a pre-defined category. The proposed nonparametric model is individualized and can deal with both temperature sensitive (possessing an electrical heater) and temperature insensitive clients. Three nonparametric regressors are proposed: the Nadaraya Watson, the local linear, and the local linear adapted. The validation studies show that the nonparametric model has a better estimation precision than the BAGHEERA model. These novel models are designed and validated by the real measurements collected in the French distribution network.

Cette thèse étudie l'interaction technico-économique entre véhicules électriques et réseaux d'électricité. Le développement récent de la mobilité électrique invite en effet à analyser les impacts potentiels de la recharge de ces véhicules sur les réseaux électriques, mais aussi le soutien que ceux-ci pourraient apporter dans les réseaux du futur. Ce travail s'inscrit résolument dans le cadre des réseaux d'électricité intelligents ; la plupart des résultats de cette thèse s'appliquent tout aussi bien à un lave-linge, un chauffe-eau, une télévision tant que l'on leur prête la capacité d'intelligence ! Dès lors que les décisions des consommateurs électriques flexibles interagissent, ce cadre d'étude offre un terrain de jeu propice aux outils de théorie des jeux. Ceux-ci ont un apport direct lorsque le problème considéré a un fondement stratégique, mais leur application permet aussi de proposer des solutions sur des aspects où la théorie des jeux n'est pas forcément attendue : algorithmique, dans l'échange d'information entre acteurs, etc. La description de cet apport est l'objet principal de ce travail de thèse et se décompose en trois parties. En fil rouge, le cas des profils de charge rectangulaires – soutenus par de nombreux arguments pratiques mais souvent délaissés par les chercheurs – est analysé. En premier lieu, des questions algorithmiques se posent pour coordonner la charge de véhicules électriques dans un même périmètre du système électrique. Proposant et étudiant un algorithme de coordination, il est montré comment les propriétés fondamentales de celui-ci - sa convergence, l'efficacité de ses points de convergence – peuvent être déduite d'un jeu auxiliaire sous-jacent. L'analyse de ce jeu est faite en montrant qu'il appartient à la classe des jeux de potentiel, sous des hypothèses physiques et économiques très générales. Sur le plan de l'échange d'information, un modèle est proposé pour réfléchir à la bonne communication entre un opérateur du réseau et un véhicule. Ces deux agents ont intérêt à communiquer pour planifier la charge intelligente du véhicule électrique, mais ont des objectifs distincts. Ce cadre est très proche du Cheap-talk en théorie des jeux, mais aussi de la problématique de la quantification en traitement du signal. Ce travail tisse au passage des liens entre ces sujets. Il propose aussi une méthode pour que l'agent du réseau et le véhicule s'accordent hors-ligne sur un bon mécanisme d'échange d'information. Enfin, la théorie des jeux est appliquée dans un cadre plus habituel, pour analyser le jeu des acteurs. Ceci est fait quand des ensembles de véhicules de taille importante, vus comme des flottes, cohabitent avec des véhicules individuels. Ceci offre un terrain de jeu applicatif aux outils très récents des jeux composites. Dans ces trois directions de recherche, des simulations sont effectuées dans le cadre d'un réseau de distribution d'électricité, maille du système électrique qui pourrait vivre des impacts significatifs si la charge est non-coordonnée. En particulier, elles montrent la robustesse des méthodes proposées face aux incertitudes sur les données lorsque des profils de charge rectangulaires sont considérés. / This thesis studies the technical and economical interaction between electric vehicles and electrical networks. The recent development of electric mobility leads to the analysis of potential impacts of electric vehicle charging on the electrical networks, but also to the possible support that these particular electric consumers could provide in the future smart grids. In this direction, most of the results given in this thesis also apply to a washing machine, a water-heater, a TV, as soon as these equipments are capable of being smart! When the decisions of flexible electric consumers interact, the considered framework naturally offers a unique exercise area for the tools of game-theory. The interpretation is straightforward when the considered problem is strategic by definition, but these tools allow also shedding light on other aspects: algorithmic coordination, information exchange, etc. The description of the benefits of using game-theory in this context is the aim of this work. This is done according to three aspects. In these three directions, a particular attention is drawn to the case of rectangular charging profiles, which are very practical, but often ignored by the literature. First, algorithmic issues arise when coordinating the charging of electric vehicles in a same area of the electrical network. A charging algorithm is proposed and analyzed. This is done by studying an underlying auxiliary game. This game is proved to belong to the class of potential games under very general physical and economic assumptions. In turn, it inherits from the strong properties of this class of games, namely convergence and an efficiency result in the case of a large number of electric vehicles. Considering information exchange, a model is proposed to design a good communication scheme between an operator of the electrical system and an electric vehicle. Both agents have an interest in exchanging information to schedule optimally the charging profile of the electric vehicle but they do not share the same objective. This framework is closely related to Cheap-talk in game theory and to quantization in signal processing. Amongst others, this work explains interesting connections between both topics. Furthermore, a method, which is used offline, is given to obtain a good communication mechanism between both agents. Finally, game theory is used in its traditional form, studying the strategic interaction when groups of a large number of electric vehicles – seen as fleets – coexist with individual vehicles. This allows the application of the very recent concept of composite games. In the three parts of the work, simulations are conducted in a French realistic distribution network, which could be the first part of the electrical system severely impacted by a non-coordinated charging. This highlights the robustness of rectangular charging profiles against forecasting errors on the parameters of the models.

L'analyse de la dimension collective des réseaux de distribution en droit turc permet de constater concrètement les effets juridiques induits entre les membres de réseau par l'entrelacement des contrats bilatéraux. Il est important de relever que le réseau n'est pas constitué par une simple addition de contrats mais par une composition de contrats dont leur entrelacement produit des effets juridiques à l'égard de tous les contractants. Cette recherche s'applique à mettre en lumière jusqu'où un réseau peut développer des obligations et des responsabilités pour ses membres et tend à systématiser les règles générales de réseau qui peuvent organiser ces effets induits tout en respectant les limites du droit commun des contrats. En l'absence d'une stipulation contractuelle, les règles de réseau pouvant être induites à la charge des adhérents sont très réduites par rapport à celles induites à la charge du promoteur, puisque les adhérents ne possèdent pas d'un pouvoir de direction de réseau comparable à celui du promoteur. D'une part, les adhérents du même réseau ne peuvent pas agir dans leur fonction de distributeur comme s'il n'appartenait pas au même réseau, en d'autres termes, chaque adhérent a le devoir de prendre en considération les autres adhérents dans l'accomplissement de ses obligations, dès qu'il s'agit des obligations dont l'inexécution affecte l'activité commerciale d'autres adhérents ou l'image commune du réseau, d'autre part, en tant que le fondateur et le directeur permanent d'un système contractuel, le promoteur a l'obligation d'assurer la cohérence du réseau et la cohésion du réseau. / The analysis of the collective dimension of distribution networks in Turkish law reveals to observe in concrete the legal effects induced between the network members by the interlacing of bilateral contracts. It is important to note that the network is not formed by simple addition of contracts but with interlacing of contracts that produce legal effects for all contractors. This research applies to highlight how far a network can develop responsibilities and obligations to its members and aims to systematize the general rules of network which can organize these induced effects while respecting the limits of the law of contract. In the absence of a contractual provision, the network rules can be induced at the expense of the adherents are very small compared to those induced at the expense of the promoter, since the adherents do not have the power of directing the network comparable to the promoter's. On the one hand, adherents of the same network cannot act in their function as distributor as if he does not belong to the same network, in other words, each member has a duty to consider the other adherents in the accomplishment of its obligations, since it is about obligations where the non-execution affects the business of other members or the common image of the network, on the other hand, being the founder and permanent director of a contractual system, the promoter has the obligation to assure the coherence and cohesion of the network.

En lien étroit avec le projet européen DREAM, le sujet de thèse s’intègre dans les évolutions opérationnelles des réseaux de distribution de demain intégrant de larges quantités d'énergies renouvelables. Un contrôle centralisé de l'ensemble des acteurs est, certes globalement optimal mais complexe et peu fiable. L'étude porte sur la faisabilité d'un contrôle distribué, auto-adaptatif et temps réel des ressources locales et des composants du réseau. La piste principale explorée correspond à des agents autonomes qui peuvent construire des structures collaboratives ad-hoc suivant les besoins du réseau. Ces structures collaboratives adresseront divers modes de fonctionnement, du marché de l'énergie J-1 à infraday au marché d'ajustement (services systèmes) et au contrôle local (fréquence et auto-cicatrisation). / In close relationship with the European project DREAM, this doctoral thesis focus on operational evolutions in tomorrow’s distribution networks wich will integrate a larger amount of distributed renewable resources. A centralized control of all the entities (from controllable loads to embedded generators) is overall optimal but complex and not so reliable. This study addresses the feasibility of a distributed control, autonomous, self-learning and real time operation of local resources and network’s components. The main concern to explore will be the creation of ad-hoc federations of agents that will flexibly adjust their hierarchy to current needs. These collaborative structures will use different coordination strategies ranging from market-based transactions, to balancing optimization market (ancillary services) and to local control (frequency control and self-healing).

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration dans le réseau électrique du limiteur supraconducteur de courant (SCFCL). Un modèle du ruban supraconducteur ont été développé et validé grâce à une comparaison avec des tests expérimentaux. Premièrement, ce modèle a permis le dimensionnement du SCFCL du projet Eoccoflow (projet européen). Dans un deuxième temps, le modèle de SCFCL est intégré dans différents types de réseau. D'une part, l'intégration du SCFCL dans les réseaux haute tension continu maillés rend vraisemblable la protection de tels réseaux. D'autre part, grâce au SCFCL de nouvelles architectures du réseau de distribution sont proposées permettant l'intégration massive de génération distribuée. Cette thèse se clot sur le dimensionnement et les tests d'un SCFCL pour un réseau à taille réduite. / This PhD deals with superconducting fault current limiter (SCFCL) network integration. A model of a superconducting tape had been developed and validated in comparison with experimental quench tests. This SCFCL model allowed us to design the SCFCL of the european project Eccoflow. Using this SCFCL model, SCFCLs are integrated in various types of networks. On one hand, SCFCL benefits are first studied in case of meshed HVDC networks. Indeed, the SCFCL makes realistic the protection of such networks. On the other hand, thanks to the SCFCL some new distribution network topologies are suggested in order to increase the distributed generation integration capacity. This PhD ends with the design and the test of a SCFCL in a downsize scale network.

Le réglage de la tension et la gestion de la puissance réactive est d’une importance capitale pour le bon fonctionnement du système électrique. Les réseaux de distribution connaissent des modifications profondes qui sont tant techniques avec l’insertion de la production décentralisée ou l’enfouissement des lignes aériennes, que réglementaires avec l’entrée en vigueur des codes de réseaux Européens. Aussi, des alternatives aux réglages traditionnels de tension et la mise en place de contrôle des échanges de puissance réactive à l’interface réseau de transport/distribution peuvent être développées. Dans le cadre de ces travaux de doctorat, une solution basée sur l’amélioration du réglage temps réel des réseaux de distribution ainsi que la mise en place d’une gestion conjointe de la puissance réactive entre les gestionnaires du réseau de transport et distribution a été proposée. Ce réglage temps réel est basé sur une méthode de commande prédictive, et s’appuie notamment sur le régleur en charge ou les productions décentralisées pour réaliser un réglage de la tension au sein d’un réseau de distribution et contrôler les échanges de puissance réactive. Les références de puissance réactive à atteindre à l’interface entre réseau de distribution et de transport sont déterminées par le gestionnaire du réseau de transport pour ses propres besoins et en connaissance des réserves de puissance réactive disponible depuis les réseaux de distribution. Par rapport à la littérature, notre démarche a pour originalité de prendre en compte les problèmes à l’interface des réseaux de distribution et de transport et démontre l’intérêt de mener des études conjointes entre gestionnaires / Voltage and reactive power control are of paramount importance to ensure safe and reliable operation of the power system. Distribution grids are undergoing major changes, namely the insertion of distributed generation and the replacement of overhead lines. Along with these physical evolutions, new distribution networks should comply with the requirements of the European Grid Codes on the reactive power exchange at the HV/MV interface. To handle these new operational concerns, alternative solutions to the traditional voltage and reactive power control can be found. In our work, a scheme based on the evolution of the real-time Volt Var Control (VVC) of distribution networks and a joint coordination for the reactive power management of a HV system has been proposed. The real-time VVC of MV grids is based on a predictive control method. This control uses in a coordinated manner the on load tap changer, the distributed generation and the capacitor banks to enforce a suitable MV voltage profile and an appropriate HV/MV reactive power exchange. The reactive power targets at the HV/MV interface are determined by the Transmission System Operator for its own requirements but considering the true MV reactive power reserve. Compared to the literature, the novelty of our approach consists in considering the concerns at the HV/MV system interface. Next our works have shown the relevance of performing joint transmission and distribution system operators analysis.