Le but de ce travail consiste à concevoir et développer des outils de commande et de contrôle pour des systèmes à structures variables comprenant plusieurs sources d’énergie (photovoltaïque, éolienne…). L’approche proposée vise à développer les modèles appropriés pour la commande et la gestion de chaque partie du système. Les différents modèles tiendront comptes du caractère aléatoire de la production d’énergie issue des différentes sources en présence tout en veillant à assurer une gestion globale optimale. L’intérêt principal d’un tel système est la cohabitation des ressources et du stockage dans le but de sécuriser l’approvisionnement au consommateur. La thèse traite trois phases principales : Une phase de modélisation et de mise en place des commandes, suivies d’une phase de simulation puis une phase de validations et de tests. Ainsi le modèle de chaque sous-système de production a été élaboré en tenant compte des différentes caractéristiques (physique et géométrique) de la source considérée, pour la partie commande et contrôle des approches classiques en automatique ont été appliqué afin d’assurer la maximisation de la production, la stabilité de l’ensemble et le bon fonctionnement du système. Une fois les commandes validées, nous avons procédés à des simulations Hardware In the Loop, en implémentant les stratégies de maximisation d'énergie sur la banc d'essai en temps réel, et ce à l'aide d'une carte DSPACE1104, puis nous avons assemblés les différentes sources d'énergies en les couplant via le programme de gestion d'énergie proposé et mis au point. / The objective of this work is to design and develop tools for monitoring and control systems with variable structures with multiple energy sources (wind, solar, ...). The proposed approach aims to develop appropriate models for the control and management of each part of the system. The different models take into account of the random nature of the production of energy outcome from different available sources, while ensuring optimum overall management of system. The main advantage of this system is the coexistence of resources and storage system in order to secure the supply to the consumer. The thesis deals with three main phases: a phase of modeling and implementation of controls, followed by a simulation phase and a phase of validation and testing. So the model of each subsystem production was developed with consideration of its different characteristics (physical and geometrical), for the control section conventional approaches were applied automatically to ensure the maximization of the production, the stability of the assembly and the functioning of the system. for the part concerning the management and control, conventional approaches in automatic have been applied to ensure the maximization of production, the stability of the overall system and its proper functioning. Once control strategies validated, we have processed in simulations Hardware In the Loop, by implementing strategies to maximize energy on the benchmark in real time, using a DSPACE1104 card, then we assembled the different sources of energy by coupling them through the program of energy management proposed and developed.

L'objectif de ce travail a été d'évaluer les possibilités des convertisseurs multi niveaux pour le raccordement de systèmes de génération d'éolienne intégrant un système de stockage. La modélisation et la commande du raccordement d'une source ont été étudiées ; le convertisseur utilisé pour réaliser la connexion au réseau est contrôlé afin de réguler le bus continu intermédiaire. Cette utilisation de convertisseur de topologie NPC exige l'équilibrage du bus continu. Une solution basée sur l'utilisation des configurations redondantes est proposée. Ensuite, la généralisation pour la modélisation et la commande d'un onduleur triphasé multi niveaux est développée avec l'utilisation d'unité de stockage pour réguler le bus continu et compenser les fluctuations de puissance de l'éolienne. La supervision énergétique de cette association de deux sources est réalisée et le domaine de fonctionnement est déterminé. Différentes possibilités de connexion de ces deux sources sont développées et évaluées expérimentalement. Enfin, l'utilisation d'un convertisseur utilisant quatre condensateurs en série pour le bus continu est analysée pour le raccordement d'un système multi sources. Diverses possibilités de raccordement sur ce bus continu sont abordées et le système de supervision des puissances nécessaire pour chaque cas est présenté.

Le concept de système multi sources, avec une gestion intégrée et optimisée de l'énergie, auquel différents systèmes de stockage sont associés est envisagé comme un élément de réponse à la problématique liée au caractère aléatoire et fluctuant de la production dispersée d'origine éolienne. Dans ce contexte, il apparaît intéressant d'associer les sources de production éoliennes et hydrauliques. Ces dernières sont en effet susceptibles, de par leur souplesse et leur disponibilité, de compenser le caractère aléatoire et fluctuant de l'éolien. Les générateurs et les systèmes de stockage d'une centrale multi sources peuvent être localisés en différents points du réseau mais sont gérés par un opérateur industriel unique. Comme la problématique de l'éolien se retrouve à tous les niveaux temporels de gestion, il est nécessaire de mettre en place une supervision multi niveaux de la centrale intégrée éolien/hydraulique/stockage envisagée. A chaque niveau correspond des objectifs et des moyens à définir pour répondre à ces exigences. Cependant, la problématique étant vaste, les travaux ont porté essentiellement sur deux niveaux : niveau " court terme " et niveau " moyen terme ". Le but de la thèse est de proposer des méthodes de supervision pour la gestion des systèmes éolien/hydraulique/stockage. Ainsi, dix superviseurs sont proposés suivant différents outils de supervision (logique floue, fonction optimisation,...). Enfin, les performances de ces superviseurs sont comparées à l'aide de différents indicateurs permettant de quantifier leurs apports en fonction des objectifs des différents niveaux de supervision (qualité de puissance, efficacité énergétique,...).

Ce sujet s'inscrit dans la continuité des travaux commencés au sein du L2ES dans le cadre du programme ECCE en partenariat avec CREEBEL qui assure le nancement. La plateforme ECCE est un véhicule hybride électrique série à 4 roues indépendantes d'une puissance nominale en propulsion de 120kW électrique. La source d'énergie principale est constituée de deux moteurs diesels entraînant deux alternateurs. L'énergie électrique produite alimente les 4 moteurs électriques de traction et le reste est stocké dans le pack des batteries. Cette thèse développe les stratégies de couplage énergétique entre ce pack des batteries et les supercondensateurs an d'assurer au véhicule une dynamique de fourniture et du stockage de l'énergie électrique. Une étude bibliographique a permis de passer en revue le bilan technologique et les applications potentielles des supercondensateurs, puis d'élaborer le modèle simplié des supercondensateurs qui traduit dèlement le comportement des cellules durant les phases de charge et de décharge. Diérentes topologies des convertisseurs DC/DC avec des stratégies originales de gestion d'énergie électrique embarquée sont traitées. Les topologies proposées sont basées sur les convertisseurs Buck-Boost et les convertisseurs DC/AC-AC/DC à étage intermédiaire haute fréquence. Pour une raison de coût, les maquettes expérimentales des topologies ont été réalisées à l'échelle réduite ( 1/10 ). Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de comparer les performances des topologies pour deux types de commande. La stratégie de gestion d'énergie à base des correcteurs polynomiaux (RST) est comparée à celle utilisant des correcteurs PI classiques. Ces études comparatives ont permis de choisir la meilleure topologie destinée au couplage des supercondensateurs sur le bus continu du banc ECCE.

La demande énergétique mondiale continue d’augmenter. Les prix des énergies fossiles sont instables et incertains. La libéralisation du marché électrique et une conscience environnementale des acteurs mondiaux sont des leviers au développement des énergies renouvelables. Ces dernières se développent à un rythme rapide dans le monde. Elles ont atteint une maturité technique qui leur permet de devenir un segment important de l’industrie de l’énergie. Leur insertion dans le mix énergétique pose de nouveaux défis par rapport aux sources d'énergie traditionnelles. Avec un potentiel abondant encore sous-exploité, le photovoltaïque et l'énergie éolienne sont avantageux sur le plan économique et environnemental. Cependant, leur caractère intermittent diminue leur efficacité énergétique lorsqu’elles sont exploitées individuellement. L'utilisation de systèmes hybrides (multi-sources) combinant ces sources d'énergie renouvelables, le réseau de distribution national (réseau électrique historique) et les systèmes de stockage classiques, est généralement considérée par tous comme solution d’avenir, à la fois efficiente et fiable. Il est alors nécessaire de repenser la structure des réseaux électriques et des marchés de l’énergie, ainsi que des changements dans les méthodes de gestion de réseau. Dans ce contexte, l’apport envisagé avec ce travail de thèse est de contribuer à la modélisation et l’optimisation de systèmes multi-sources multi-charges pour alimenter aussi bien des sites isolés « énergie de proximité » (campus, village) que des sites étendus tels que des régions françaises à travers leur interconnexion « pooling ». Différents scenarii de gestion et différentes configurations des systèmes sont modélisés, testés et comparés pour analyser l’efficacité et la robustesse de chaque cas de figure. Une analyse technico-économique complète est réalisée, dans le but d’étudier la faisabilité de chaque système. Pour démontrer la validation de ces modèles, des études ont été réalisées sur un campus Universitaire Français, un micro-réseau au Mali et trois régions Françaises. Ces dernières ont fait l’objet d’application à un modèle original d’interconnexion basé sur les réseaux de Pétri pour l’aide à la décision en termes de configurations du réseau et le contrôle des flux d’énergie échangés entre des territoires producteurs-consommateurs interconnectés sans système de stockage / Global energy demand continues to rise. The fossil fuel prices are unstable and uncertain. The liberalization of the electricity market and environmental awareness of the global leaders are levers for the development of renewable energy. These are growing at a rapid pace in the world. They reached technical maturity that enables them to become an important segment of the energy industry. Their integration in the energy mix poses new challenges compared to traditional energy sources. With an underexploited potential, photovoltaic and wind energy are advantageous economically and environmentally. However, their intermittent decreases their energy efficiency when operated. The use of hybrid systems (multi-sources) combining these renewable energy sources, the national distribution network (historical grid) and conventional storage systems, is generally regarded by all as a future solution, both efficient and reliable. Thereby, it is necessary to rethink the structure of electrical networks and energy markets, and changes in network management methods. In this context, the foreseen intake with this thesis is to contribute to the modeling and optimization of multi- load multi- source systems to power both remote sites “closeness energy” (campus, village) and large sites such as French regions through their interconnection "pooling ". Different scenarios of management and different configurations of the systems are modeled, tested and compared to analyze the effectiveness and robustness of each case. A complete technical and economic analysis is performed in order to study the feasibility of each system. To demonstrate the validation of these models, studies were performed on a French university campus, a Micro-grid in Mali and three French regions. These latter have been applied to an original interconnection model based on Petri nets for decision support in terms of network configuration and control of energy flows exchanged between interconnected producers/consumers territories without storage