Les études menées permettent de prendre en main un système depuis l’identification jusqu’à la commande robuste des systèmes non entiers. Les principes de la platitude permettent de parvenir à la planification de trajectoire à condition de connaître le modèle du système, d’où l’intérêt de l’identification des paramètres du système. Les principaux travaux de cette thèse concernent l’identification de système par modèles non entiers, la génération et la poursuite robuste de trajectoire par l’application des principes de la platitude aux systèmes non entiers.Le chapitre 1 rappelle les définitions et propriétés de l’opérateur non entier ainsi que les diverses méthodes de représentation d’un système non entier. Le théorème de stabilité est également remémoré. Les algèbres sur les polynômes non entiers et sur les matrices polynômiales non entières sont introduites pour l’extension de la platitude aux systèmes non entiers.Le chapitre 2 porte sur l’identification par modèle non entier. Après un état de l’art sur les méthodes d’identification par modèle non entier, deux contextes sont étudiés : en présence de bruit blanc et en présence de bruit coloré. Dans chaque cas, deux estimateurs optimaux (sur la variance et le biais) sont propos´es : l’un, en supposant une structure du modèle connue et d’ordres de dérivation fixés, et l’autre en combinant des techniques de programmation non linéaire qui optimise à la fois les coefficients et les ordres de dérivation.Le chapitre 3 établit l’extension des principes de la platitude aux systèmes non entiers.La platitude des systèmes non entiers linéaires en proposant différentes approches telles que les fonctions de transfert et la pseudo-représentation d’état par matrices polynômiales est étudiée.La robustesse du suivi de trajectoire est abordée par la commande CRONE. Des exemples de simulations illustrent les développements théoriques de la platitude au travers de la diffusion thermique sur un barreau métallique.Enfin, le chapitre 4 est consacré à la validation des contributions en identification, en planification de trajectoire et en poursuite robuste sur un système non entier réel : un barreau métallique est soumis à un flux de chaleur. / The general theme of the work enables to handle a system, from identification to robust control. Flatness principles tackle path planning unless knowing the system model, hence the system parameter identification necessity. The principal contribution of this thesis deal with system identification by non integer models and with robust path tracking by the use of flatness principles for fractional models.Chapter 1 recalls the definitions and properties of a fractional operator and also the various representation methods of a fractional system. The stability theorem is also brought to mind. Fractional polynomial and fractional polynomial matrice algebras are introduced for the extension of flatness principles for fractional systems.Chapter 2 is about non integer model identification. After a state of the art on system identification by non integer model. Two contexts are considered : in presence of white noise and of colored noise. In each situation, two optimal (in variance and bias sense) estimators are put forward : one, when considering a known model structure with fixed differentiating orders, and another one by combining nonlinear programming technics for the optimization of coefficients and differentiating orders.Chapter 3 establishes the extension of flatness principles to fractional systems. Flatness of linear fractional systems are studied while considering different approaches such as transfer functions or pseudo-state-space representations with polynomial matrices. Path tracking robustness is ensured with CRONE control. Simulation examples display theoretical developments on flatness through thermal diffusion on a metallic rod. Finally, Chapter 4 is devoted to validate the contributions to system identification, to trajectory planning and to robust path tracking on a real fractional system : a metallic rod submitted to a heat flux.

Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE / The growth of the electric energy consumption in the last years has generated the need of the increase in the amount of power sources, making the electricity sector undergo some large changes. This has provided the search for tools that promotes a better efficiency and security to the electrical power systems. A planning problem that is considered important in the daily operation of the power systems is the Unit Commitment, where the time schedule of the operation is defined, determining which machines will be online or offline, and which are the operating points. Those units must operate by load variation, respecting the operative and security constraints. This research proposes the resolution of the problem for the short-term planning, taking a set of constraints associated with the thermal generation and the power system. Among them, we can highlight the output power variation constraints of the machines and the security restrictions of the transmission system, avoided in most Unit Commitment studies. This problem is nonlinear, mixed-integer and has a large scale. The methodology used involves the utilization of an Adaptive Genetic Algorithm, for the Unit Commitment problem, and the Interior-Point Primal- Dual Predictor–Corrector Method, for DC power flow resolution in economic dispatch problem. Furthemore, this research proposes the implementation of cross-over and mutation operators of Genetic Algorithm based on a ring methodology applied in Unit Commitment matrix. The results were obtained through simulations in a mathematical simulation software, using the IEEE test systems with 30 bus and 9 generators, and another with 24 bus and 26 generators. The validation of the algorithm was done by comparing the results with other works in the literature. / O crescimento do consumo de energia elétrica nos últimos anos vem gerando a necessidade de um aumento na quantidade de fontes geradoras, fazendo com que o setor elétrico passe por grandes mudanças. Isso tem proporcionado a busca por ferramentas que ofereçam maior eficiência e segurança aos sistemas de potência. Um problema considerado de extrema importância na operação diária dos sistemas elétricos é o planejamento da Alocação das Unidades Geradoras, onde define-se a programação horária das unidades do sistema, determinando quais máquinas deverão estar ligadas ou desligadas, e quais serão seus respectivos pontos de operação. Essas unidades geradoras devem operar de forma eficaz, mediante a variação da carga, respeitando restrições operativas e de segurança do sistema. Este trabalho propõe a resolução do problema para o planejamento de curto prazo, levando em consideração uma série de restrições relacionadas a geração térmica e ao sistema elétrico. Entre elas, podemos destacar as restrições de variação de potência de saída das máquinas e as restrições de segurança do sistema de transmissão, evitadas na maioria dos estudos de Alocação de Unidades Geradoras. Este problema tem característica não-linear, inteiro-misto e de grande escala. A metodologia utilizada para resolução do problema envolve a utilização de um Algoritmo Genético Adaptativo, para Alocação das Unidades, e o Método de Pontos Interiores Primal-Dual Preditor-Corretor, para a resolução do Fluxo de Potência Ótimo DC no problema do Despacho Econômico. Além disso, este trabalho propõe a implementação dos operadores de cross-over e mutação do Algoritmo Genético com base em uma metodologia anelar aplicada na matriz de alocação de unidades. Os resultados foram obtidos através de simulações em um software de simulação matemática, utilizando os sistemas testes do IEEE de 30 barras com 9 geradores e 24 barras com 26 geradores, e a validação do algoritmo foi feita comparando os resultados obtidos com os outros trabalhos da literatura.

Shell and tube heat exchangers (STHEs) are the most common type of heat exchanger in preheat trains (PHT) of oil refineries and in chemical process plants. Most commercial design software tools for STHE assume uniform distribution over all tubes of a tube bundle. This leads to various challenges in the operation of the affected devices. Flow maldistribution reduces heat duty of STHE in many applications and supports fouling buildup in fluids that tend to particle, bio, and crystallization fouling (Verein Deutscher Ingenieure, ed., 2010, Heat Atlas, 2nd ed., VDI-Buch., Springer-Verlag). In this article, a fluid mechanics study about tube side flow distribution of crude oil and related hydrocarbons in two-pass PHT heat exchangers is described. It is shown that the amount of flow maldistribution varies significantly between the different STHE designs. Therefore, a parameter study was conducted to investigate reasons for maldistribution. For instance, the nozzles diameter, type, and orientation were identified as crucial parameters. In consequence, simple design suggestions for reducing tube side flow maldistribution are proposed.

[ES] Los Sistemas de Distribución de Calor Urbanos (SDCU) son una tecnología madura para el suministro eficiente de calor en las ciudades. En el contexto de la crisis climática y del objetivo de descarbonizar el sector de la calefacción, estos sistemas pueden desempeñar un papel muy importante. En principio, los SDCU existentes actualmente están basados principalmente en el uso de combustibles fósiles, por lo que forman parte del problema. Sin embargo, mediante la integración de plantas de generación de calor renovables, los SDCU pueden ofrecer un gran potencial para apoyar la transición hacia un suministro de calor sin combustibles fósiles. Esta transición se ve dificultada por diversas barreras. Por ejemplo, la necesidad de bajas temperaturas de suministro para que la integración de las plantas renovables de generación de calor sea rentable. Sin embargo, dado que las plantas de generación de calor fósiles existentes no se benefician de una reducción de la temperatura, existe un efecto de bloqueo en los modelos de negocio establecidos. En la investigación actual, la resolución de las barreras se centra en soluciones individuales para cuestiones específicas y en estrategias de calor para un nivel general. Como las barreras están fuertemente interrelacionadas, las empresas de distribución de calor urbano requieren una metodología de transición sistémica para sus actividades específicas en los diferentes ámbitos de planificación y operación. Tras constatar su ausencia en la bibliografía, la presente tesis pretende desarrollar una metodología integral que facilite dicha transición de forma rentable. Para la realización de esta tarea, esta tesis introduce un enfoque de marco que combina conceptos independientes nuevos y existentes, construyéndose sobre una estructura diseñada en los ocho «ámbitos» de interés de los SDCU. Estos ámbitos de los SDCU clasifican las actividades en los diferentes campos de las problemáticas de este tipo de sistemas. Para abordar las actividades de planificación y operación en las empresas de distribución de calor urbano, estas actividades se integran en el nuevo «marco» que se clasifica según los tres ámbitos de los SDCU: «diseño», «planificación operativa» y «operación». Dicho marco resume las actividades relacionadas según los procesos y las vincula mediante mecanismos técnicos y económicos. Estos mecanismos se plantean de forma que todas las actividades se incentiven para facilitar la transición. Se propone una nueva estructura organizativa que permita la introducción de la competencia, al mismo tiempo que el marco asegura la llamada suboptimización, la prevención del abuso de poder en el mercado y la restricción de las inversiones. Además, permite a los productores de calor independientes integrarse en el sistema. Complementariamente, el marco integra las tecnologías más relevantes que ofrecen flexibilidad al sistema para compensar las fluctuaciones de la producción. En esta tesis se ha desarrollado un marco adecuado para aplicar un «paradigma de transición» global a los SDCU existentes o futuros. Además, puede ser utilizado por los responsables políticos o municipales para mejorar las condiciones legales existentes y las estrategias locales de calor en relación con un sistema global. La tesis recomienda seguir investigando para la implementación del marco y una evaluación cuantitativa de la introducción de la competencia en los SDCU. / [CA] Els Sistemes de Distribució de Calor Urbans (SDCU) són una tecnologia madura per a la provisió eficient de calor a les ciutats. En el context de la crisi climàtica i de l'objectiu de descarbonitzar el sector de la calefacció, aquests sistemes poden exercir un paper molt important. En principi, els SDCU existents actualment estan basats principalment en l'ús de combustibles fòssils, per la qual cosa formen part del problema. No obstant això, mitjançant la integració de plantes de generació de calor renovables, els SDCU poden oferir un gran potencial per a donar suport a la transició cap a una provisió de calor sense combustibles fòssils. Aquesta transició es veu dificultada per diverses barreres. Per exemple, la necessitat de baixes temperatures de subministrament perquè la integració de les plantes renovables de generació de calor siga fructífera. No obstant això, atés que les plantes de generació de calor fòssils existents no es beneficien d'una reducció de la temperatura, existeix un efecte de bloqueig en els models de negoci establits. En la investigació actual, la resolució de les barreres se centra en solucions individuals per a qüestions específiques i en estratègies de calor per a un nivell general. Com les barreres estan fortament interrelacionades, les empreses de distribució de calor urbana requereixen una metodologia de transició sistèmica per a les seues activitats específiques en els diferents àmbits de planificació i operació. Després de constatar la seua absència en la bibliografia, la present tesi pretén desenvolupar una metodologia integral que facilite aquesta transició de manera profitosa. Per a la realització d'aquesta tasca, aquesta tesi introdueix un enfocament de marc que combina conceptes independents nous i existents, construint-se sobre una estructura dissenyada en els huit «àmbits» d'interés dels SDCU. Aquests àmbits dels SDCU classifiquen les activitats en els diferents camps de les problemàtiques d'aquest tipus de sistemes. Per a abordar les activitats de planificació i operació en les empreses de distribució de calor urbana, aquestes activitats s'integren en el nou «marc» que es classifica segons els tres àmbits dels SDCU: «disseny», «planificació operativa» i «operació». Aquest marc resumeix les activitats relacionades segons els processos i les vincula mitjançant mecanismes tècnics i econòmics. Aquests mecanismes es plantegen de manera que totes les activitats s'incentiven per a facilitar la transició. Es proposa una nova estructura organitzativa que permeta la introducció de la competència, al mateix temps que el marc assegura l'anomenada suboptimització, la prevenció de l'abús de poder en el mercat i la restricció de les inversions. A més, permet als productors de calor independents integrar-se en el sistema. Complementàriament, el marc integra les tecnologies més rellevants que ofereixen flexibilitat al sistema per a compensar les fluctuacions de la producció. En aquesta tesi s'ha desenvolupat un marc adequat per a aplicar un «paradigma de transició» global als SDCU existents o futurs. A més, pot ser utilitzat pels responsables polítics o municipals per a millorar les condicions legals existents i les estratègies locals de calor en relació amb un sistema global. La tesi recomana continuar investigant per a la implementació del marc i una avaluació quantitativa de la introducció de la competència en els SDCU. / [EN] District heating systems (DHSs) are a mature technology for an efficient heat supply in cities. In the context of the climate crisis and the related goal of a decarbonized heating sector, DHSs play an ambivalent role. As existing DHSs are mostly based on fossil fuels, they are part of the problem. However, as they can also integrate renewable heating plants, DHSs offer a great potential to support the transition towards a fossil-free heat supply. This transition is hindered by several barriers. For example, low supply temperatures are needed for the economically efficient integration of renewable heating plants. However, since existing fossil heating plants marginally benefit from a reduction of the temperature, a lock-in effect to the established business models exists. In the current research, resolving the barriers is focused either on individual solutions for specific issues or on heat strategies for a general level. Since the barriers are strongly interrelated, district heating (DH) companies require a systemic transition methodology for their specific activities in the different fields of planning and operation. Since such a transition methodology is identified as lacking in the literature, this thesis aims to develop a comprehensive methodology that facilitates the transition in an economically efficient way. To develop such a transition methodology, this thesis introduces a framework approach that combines new and existing independent concepts and that is built on a newly developed structure of eight "DH scopes." These DH scopes classify the activities in the different fields of DH concerns. To address the planning and operation activities in DH companies, these activities are integrated into the new "framework" that is classified according to the three DH scopes "design," "operative planning," and "operation." The framework summarizes the related activities according to processes and links them using technical and economic mechanisms. These mechanisms are considered in such a way that all activities are incentivized to facilitate the transition. A new organizational structure is proposed that allows for the introduction of competition while the framework secures so-called suboptimization, abuse of market power, or investment restraint. Independent heat producers are integrated in a system-serving way. The framework integrates the relevant technologies that offer flexibility to the system to compensate for fluctuation in production. In this thesis, a framework is devised that is suitable for implementing a comprehensive "transition paradigm" to existing or future DHSs. Further, it can be used by policymakers or municipalities to improve existing legal conditions and local heat strategies in relation to a comprehensive overall system. The thesis recommends further investigation for the implementation of the framework and a quantitative evaluation of the introduction of competition to DHSs. / Lorenzen, P. (2022). A Comprehensive Framework and Associated Methodology for the Design, Operative Planning, and Operation of District Heating Systems to Facilitate the Transition Towards a Fully Renewable Heat Supply [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185882