Thèses Equipe Réseaux

1. "Connexion en AC de grandes fermes éoliennes au réseau de transport : d'un raccordement en source de courant au raccordement en source de tension"
   Artur AVAZOV, Thèse, Décembre 2022, url, résumé

   Des centrales éoliennes (WPPs) constituent une part significative des sources d'énergies renouvelables interfacées au réseau électrique avec les convertisseurs électroniques de puissance. Jusqu'à présent, presque tous ces convertisseurs sont connectés au réseau en mode de fonctionnement appelé grid-following. Dans les années à venir, au moins certains d'entre eux passeront au mode de fonctionnement appelé grid-forming.Le contrôle d’un convertisseur en grid-forming est différent d'un contrôle classique en grid-following. Par conséquent, afin de faire fonctionner une éolienne de Type-4 en grid-forming, il est nécessaire de modifier la configuration de commande du convertisseur en tête-bêche. La modification appropriée de la commande crée un fort couplage entre le convertisseur grid-forming et la partie mécanique de l’éolienne. Ce couplage induit plusieurs effets négatifs sur le fonctionnement de l’éolienne. Le principal effet est la variation rapide du couple électromagnétique de la génératrice, qui entraîne une augmentation des vibrations de torsion induites dans le système d’entraînement mécanique d’une éolienne. Afin d’atténuer cet effet, l’impact d’un contrôle grid-forming sur une éolienne est étudié et des solutions possibles pour l’amortissement des vibrations sont proposées.Une WPP grid-forming est un moyen intéressant d’améliorer la stabilité du système électrique. Cependant, pour analyser une WPP connecté au réseau de transport d’électricité, il est nécessaire d’utiliser son modèle équivalent dynamique. Les modèles standard équivalents ne peuvent pas être fiables dans toutes les conditions de vent possibles. Pour cette raison, dans cette thèse, l’agrégation d’une WPP est développée en tenant compte de la nature hétérogène de la distribution du vent. De plus, l’algorithme qui recommande le modèle équivalent optimal à utiliser dans chaque condition de vent est proposé. La vérification de la méthodologie d’agrégation et de l’algorithme de recommandation d'un modèle équivalent optimal est effectuée sur l’étude de cas d’une WPP existant

2. "Modelisation des reseaux electriques de basse tension partir d une grande masse de donnees : Applications de methodes d apprentissage automatique pour la surveillance du reseau dans des conditions atmospheriques variables et de vieillissement"
   Egnonnumi Lorraine CODJO, Thèse, Novembre 2022, url, résumé

   Ce projet de recherche explore des approches scientifiques pour la modélisation des réseaux de distribution électrique à partir des données énergétiques mesurées par les compteurs communiquant. Ces compteurs ont été initialement déployés pour permettre la mise en place de tarifs dynamiques et ainsi une participation active des consommateurs sur le marché de l’électricité. Dans ces travaux de recherche, on explore la possibilité d’augmenter l’observabilité sur le fonctionnement du réseau et de déterminer l’état de dégradation physique des lignes et câbles électriques. En exploitant les données mesurées, une méthode heuristique permet de retrouver une architecture du réseau satisfaisant les points de fonctionnement mesurés. Les impédances entre nœuds sont ensuite identifiées. A partir de l’analyse statistique de ces impédances au cours d’une année, l’impact de la température extérieure sur les lignes et câbles du réseau est analysé ainsi que l’impact sur le plan de tension. Les données sont ensuite utilisées pour investiguer l’influence de la dégradation des isolants sur les variations de tensions aux différents nœuds du réseau. Plusieurs techniques d’intelligence artificielle, Machine Learning sont évalués et comparées pour détecter préventivement ces défauts dans les câbles Basse Tension. Pour les réseaux de distribution, les méthodes et outils développés dans cette thèse peuvent aider à maintenir leur fonctionnement, élargir leur capacité d’hébergement (augmentation de la demande pour les ménages, nouveaux consommateurs et sources renouvelables) et permettre la planification rentable des opérations de maintenances.

3. "Grid-forming control strategies of power electronic converters in transmission grids: application to HVDC link"
   Ebrahim ROKROK, Thèse, Juillet 2022, url, résumé

   The rapid development of converter-based devices such as converter-interfaced renewable generations and high-voltage direct-current (HVDC) transmission links is causing a profound change into the very physics of the power system. In this scenario, the power generation is shifted from the pollutant synchronous generators based on nuclear or fossil fuels to converter-based renewable resources. The modeling, control, and stability of the power converters are now one of the focuses of attention for researchers. Today, power converters have the main function of injecting power into the utility grid, while relying on synchronous machines that ensure all system needs (e.g., ancillary services, provision of inertia and reliable power reserves). This operation mode of power converters is called "Grid-following". Grid-following converters have several limitations, such as: inability to operate in a standalone mode, stability issues under weak grids and faulty conditions and also, negative side effect on the system inertia. To tackle these challenges, the grid-forming control as an alternative has shown its appropriate performance that could make this kind of control a promising solution to respond to the system needs and to allow a stable and safe operation of power system with high penetration rate of power electronic converters.
   In this thesis, a fundamental description of grid-forming control with a simplified quasi-static modeling approach aiming to regulate the converter active power by a voltage source behavior is presented. From the description, several variants of gridforming strategies are identified that represent some differences in terms of active power dynamic behavior, inertia emulation capability and system frequency support. Hence, the presented grid-forming variants are then classified according to their capabilities/functionalities. From the small-signal stability and robustness point of view, the studied grid-forming controls, which are implemented to a 2-level VSC at first, show their ability to operate under very weak grid conditions. Moreover, the ancillary services such as inertial response and frequency support are appropriately provided to the AC grid.
   The questions of the grid-forming converters protection against overcurrent and their post-fault synchronization while considering the current limitation are investigated and a new method is proposed to enhance the transient stability of the system. All the obtained results are then extended to a modular multi-level converter (MMC) topology successfully.
   The use of a grid forming control in an HVDC converter is interesting for the grid to which it is connected due to the inertial effect that can be induced. Therefore, the final part of this thesis evaluates the dynamic performance of an HVDC link interconnecting two AC grids and highlights the proper strategy and requirements for inertia provision.

4. "Conception d'un réseau et d'une infrastructure de recharge rapide vehicle-to-vehicle à partir d'une flotte de véhicules partagés"
   Yacine SEHIMI, Thèse, Juillet 2022, url, résumé

   La recharge rapide Vehicle-to-vehicle (V2V) permet de recharger un véhicule électrique en manque d'autonomie en déchargeant partiellement un ou plusieurs véhicules électriques avec un surplus d'énergie. L'utilisation d'une flotte de véhicules électrique partagés pour la décharge permettrait à son gestionnaire de les valoriser lorsqu'ils ne sont pas utilisés pour le transport. De plus, la recharge des véhicules partagés peut se réaliser à une puissance plus faible que la puissance fournie en recharge rapide, ce qui permet de réduire la puissance de raccordement nécessaire au réseau de distribution, et les renforcements éventuels de ce dernier. Cette réduction de l’appel de puissance pourrait par ailleurs limiter l’impact des recharges sur le réseau aux heures de forte demande en électricité.Cette thèse s'inscrit dans une collaboration entre l'Institut Vedecom et le Laboratoire de Génie Electrique et d'Electronique de Puissance (L2EP). Dans une première partie, l’objectif est d'analyser à l’aide d’un modèle de simulation les bénéfices apportés par le V2V pour les acteurs du réseau électrique, à savoir le gestionnaire du réseau de distribution et de transport. Dans un second temps, la conception d'une architecture d'électronique de puissance permettant le pilotage du transfert d'énergie entre les véhicules, ainsi que sa validation expérimentale, sont réalisées

5. "Modélisation et simulation de la consommation énergétique des trains dans le contexte ferroviaire ouvert à la concurrence pour un décompte d’énergie à des fin de facturation"
   Luis-Maria ALONSO, Thèse, Janvier 2022, url, résumé

   A travers différentes directives, l’Union Européenne définit les conditions et modalités de l’ouverture à la concurrence du transport ferroviaire et du marché de l’électricité. Ainsi, les Entreprises Ferroviaires (EF) qui affrètent des trains circulant sur le réseau ferré Français, peuvent s’approvisionner en énergie électrique auprès du fournisseur de leur choix. La juste affectation aux EF, de l’énergie consommée par leur flotte d’engins nécessite des compteurs d’énergie embarqués, communicant vers un système de collecte et de facturation. Face aux enjeux financiers et aux enjeux d’équilibrage du système électrique, RTE et SNCF Réseau doivent garantir une bonne fiabilité du comptage de l’énergie aux EF(s), malgré les dysfonctionnements des compteurs qui ne permettent pas l’exhaustivité des mesures au service d’une consommation effective. Pour répondre à la problématique de la fiabilité des compteurs, des bornes de validation des consommations relevées par les compteurs basés sur des modèles physiques ont été développées. Ces bornes permettent d’augmenter la fiabilité des données de comptage en écartant les mesures aberrantes du point de vue physique. Afin d’améliorer la disponibilité des données de comptage, des estimateurs sont développés dans cette thèse avec comme objectif d’estimer la consommation d’un train pour une circulation donnée, en utilisant une base de données composée par des mesures de compteurs, réalisées sur une ou plusieurs années, validées par les bornes définies précédemment. Les différents estimateurs utilisent en plus diverses sources d’information (temporelles, météo, consommations mesurées dans des sous-stations d’alimentation,…) afin d’améliorer l’estimation de la consommation. Les sources d’information les plus pertinentes sont identifiées, permettant ainsi d’éliminer les sources de bruit. L’impact de l’évolution du réseau ferroviaire vers un smart grid ferroviaire sur la consommation ferroviaire et le comptage de l’énergie est abordé en fin de thèse.

1. "Supervision énergétique des réseaux de distribution intégrant des véhicules électriques, des énergies renouvelables, du stockage et des charges passives pilotables"
   Abderrahman BENCHEKROUN, Thèse, Décembre 2021, url, résumé

   Les réseaux de distribution d'électricité sont depuis plusieurs années au cœur des évolutions énergétiques et environnementales qui touchent nos sociétés. Les clients délaissent progressivement les chauffe-eaux instantanés à gaz pour les ballons d’eau chaude électriques, ainsi que les voitures à carburants fossiles pour les véhicules électriques. D’autre part, la production d’énergie renouvelable commence à constituer une part importante du mix énergétique mais ne concorde pas nécessairement avec la consommation électrique des usagers. Elle peut donc être refoulée vers le reste du réseau de distribution, voire le réseau de transport. Toutes ces évolutions doivent être maitrisées pour éviter un renforcement conséquent des infrastructures du réseau, et limiter les répercussions économiques et environnementales de la
   transition énergétique. Dans ce sens, ces travaux de thèse portent sur la supervision énergétique des réseaux de distribution HTA, en particulier de type rural et péri-urbain, afin d’y encourager la consommation locale des énergies renouvelables et d’optimiser le coût d’acheminement d’énergie pour les gestionnaires du réseau. Les algorithmes développés visent principalement à piloter les charges tels que les véhicules électriques et les ballons d’eau chaude sanitaire raccordés au réseau de distribution. Le système de supervision agit au niveau d’un poste source HTB/HTA et utilise les mesures ainsi que les prévisions de production et de consommation d'énergie afin de piloter les différentes charges disponibles. La stratégie
   proposée prend aussi en compte les contraintes électriques qui peuvent apparaitre sur le réseau à travers une approche de co-simulation entre les logiciels Matlab/Simulink, où la supervision est implémentée, et DIgSILENT PowerFactory, où le réseau de distribution est finement modélisé. Les consignes de supervision sont donc testées et adaptées en temps-réel avant d'être envoyées aux différents utilisateurs. Enfin, le pilotage des producteurs décentralisés est aussi utilisé comme levier supplémentaire pour résoudre une partie des contraintes électriques.

2. "Contribution au Dimensionnement et à la Commande de Convertisseur Extended Overlap Alternate Arm Converter (EO-AAC)"
   Pierre VERMEERSCH, Thèse, Septembre 2021, url, résumé

   La future intégration massive des sources renouvelables dans le réseau électrique crée un besoin fort en interfaces d’électronique de puissance à haute tension. Depuis la création du convertisseur modulaire multiniveau (MMC) au début des années 2000, l’intérêt pour les convertisseurs de type modulaire n’a cessé de croître, au point que de nouvelles structures dérivées du MMC ont été développées. Le sujet de la thèse est le Convertisseur à Demi-Bras Alternés (AAC), une structure de type hybride-modulaire adaptée aux applications haute tension tel que les systèmes HVDC. Parmi les différentes topologies de convertisseurs AAC, l’Extended Overlap-AAC (EO-AAC) a été choisie et analysée. Le travail de thèse est organisé selon trois axes principaux comprenant l’analyse en régime permanent, la synthétisation de la structure de commande ainsi que l’intégration au système, en particulier dans le système HVDC. Le premier chapitre aborde quelques considérations fondamentales sur la conversion AC/DC pour introduire, à travers une approche globale et systématique, cette nouvelle famille de convertisseurs hybrides modulaires dont l’EO-AAC fait partie. Le deuxième chapitre est consacré au dimensionnement de cette topologie. L’estimation du nombre de sous-modules, le dimensionnement des interrupteurs directeurs, l’évaluation des pertes ainsi qu’une analyse approfondie du besoin énergétique afin de dimensionner les condensateurs des sous-modules sont proposés. Ensuite, le troisième chapitre décrit une structure de contrôle pour chaque variable d’état. L’accent est mis sur la gestion de l’énergie en assurant une distribution égale de l’énergie interne du convertisseur entre les piles de SMs. Elle est réalisée par le biais de trois fonctions principales : le contrôle Total, les contrôles d’équilibrage Horizontal et Vertical. À partir de cette structure de gestion de l’énergie, il est mis en évidence que l’EO-AAC peut fournir une dynamique et des services aux systèmes similaires à ceux du MMC. Cette équivalence est prouvée dans la dernier chapitre par l’existence d’un modèle réduit commun dans le repère dq0 suggérant la possibilité d’inclure les EO-AAC dans l’analyse de stabilité des grands systèmes. Enfin, tous les modèles et contrôleurs sont rassemblés pour réaliser l’étude des EO-AAC connectés au réseau et ses performances sont comparées au MMC en termes de réponse dynamique.

3. "Optimisation de l’autoconsommation dans une communauté énergétique locale via une blockchain"
   Matthieu STEPHANT, Thèse, Mai 2021, url, résumé

   Avec l’insertion des sources d’énergie renouvelables au sein des réseaux de distribution, de nouveaux
   schémas de consommation et d’échange de l’énergie électrique se développent. C’est le cas des
   communautés ´énergétiques renouvelables, dans lesquelles des producteurs et consommateurs se partagent
   l'électricité localement produite, dans le but d’améliorer l’autoconsommation en valorisant et
   en agrégeant la flexibilité des utilisateurs. Le déploiement à grande échelle de ces opérations requiert
   la mise en place de méthodes de gestion de l’énergie pour coordonner les participants et ajuster la
   consommation `a la production.
   Pour répondre à cette problématique, cette thèse présente une méthode distribuée de gestion des
   échanges au sein d’une communauté énergétique, décomposée en trois parties. D’abord, un modèle
   mathématique, basé sur la théorie des jeux, est utilisé pour décrire le comportement des acteurs, en
   intégrant des notions de confort, et de sensibilité à l’origine de l’´électricité en plus d’aspects économiques.
   Ceux-ci optimisent leur consommation ou production en fonction de leurs préférences individuelles.
   Ensuite, un algorithme d’optimisation ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers)
   est utilisé pour maximiser l’utilité globale de la communauté tout en respectant des contraintes appliquées à l’ensemble des acteurs. Dans un deuxième temps, un modèle électrique est construit pour intégrer les contraintes physiques des lignes dans la stratégie de gestion et permet en particulier de surveiller le niveau de tension ainsi que la charge des lignes. Enfin, une solution informatique basée sur une blockchain locale est utilisée pour implémenter de façon pratique ce modèle d’échanges. L’architecture distribuée de cette technologie permet aux utilisateurs eux-mêmes de trouver un consensus,
   en se passant d’un agent central.
   Ces trois outils (modèle mathématique, blockchain et modèle ´électrique) constituent une approche
   globale pertinente pour l’optimisation des échanges d’´énergie au sein d’une communauté. Le caractère
   distribué de cette approche garantit aux utilisateurs une liberté d’action et une protection de leurs
   données.
   Mots-clés : Communautés énergétiques, Autoconsommation collective, Blockchain, Optimisation
   distribuée, ADMM.

1. "Stochastic Optimization for Generation Scheduling in a Local Energy Community under Renewable Energy Uncertainty"
   Xin WEN, Thèse, Décembre 2020, url, résumé

   In electrical systems, the unit commitment (UC) and power scheduling plan the operating of generating units in order to satisfy the load demand under system operating constraints. Nowadays, energy communities have emerged with individual community energy requirements and increasing capacity deployment of distributed energy resources. The high penetration of renewable energy sources (RES) and load demand increase locally the power system uncertainty. Hence, traditional deterministic approaches for one day ahead UC should evolve to stochastic optimization methods. The main goal of this thesis is to propose a probability-based and stochastic optimization methodology for optimal generation and operating power reserve (OR) scheduling decisions in an urban microgrid, with the objective of addressing the minimization of operating costs and emissions. Based on an uncertainty modelling with forecasting error distributions, a LOLP-based risk assessment method is used to determine an appropriate amount of OR for each time step of the next day.
   Then, in the first stage, a deterministic optimization within a mixed-integer linear programming method generates the unit commitment of controllable generators with the day-ahead PV and load demand prediction. In the second stage, a set of scenario is built to model future and probable uncertainties. It is integrated into a stochastic optimization of the operational planning. Issues of the second stage are the commitment of enough flexible and fast generators to handle unexpected deviations from predictions. In order to decrease emissions, the scheduling and operational planning of local storage systems for OR provision are considered ; the PV self-consumption is increased and operational cost are decreased. The significance of the proposed methodology is illustrated with results obtained from a studied urban microgrid system. A user-friendly Supervisory Control And Data Acquisition system is developed with the Matlab GUI to integrate and visualize the energy management operation.
   Mots-clés : Stochastic optimization, uncertainty, unit commitment (generation scheduling), energy management system, power reserve, renewable energy, microgrid

2. "Grid-forming control to achieve a 100% power electronics interfaced power transmission systems"
   Taoufik QORIA, Thèse, Novembre 2020, url, résumé

   Le développement rapide de la production d'énergie renouvelable intermittente et des liaisons HVDC entraîne une augmentation importante du taux de pénétration des convertisseurs statiques dans les réseaux de transport. Aujourd'hui, les convertisseurs statiques ont pour fonction principale d'injecter une puissance dans le réseau tout en s'appuyant sur des machines synchrones qui garantissent tous les besoins du système électrique. Ce mode de fonctionnement est appelé «Grid-following». Les convertisseurs contrôlés en Grid-following ont plusieurs limitations: leur incapacité à fonctionner en mode autonome, leurs problèmes de stabilité dans des réseaux faibles et en cas de défaut ainsi que leur effet négatif sur l'inertie équivalent du système. Pour relever ces défis, le contrôle en Grid-forming est une bonne solution pour répondre aux besoins du système électrique et permettre un fonctionnement stable et sûr du système même avec un taux de pénétration des convertisseurs statique de 100%. Tout d'abord, trois stratégies de contrôle en Grid-forming sont proposées pour garantir quatre fonctionnalités principales: contrôle de tension, contrôle de puissance, émulation d'inertie et le support de la fréquence. La dynamique et la robustesse du système basées sur chaque contrôle ont été analysées et discutées. Ensuite, selon la topologie du convertisseur, la connexion avec le réseau AC peut nécessiter des filtres et des boucles de contrôle supplémentaires. Dans le cadre de cette thèse, deux topologies de convertisseur ont été envisagées (VSC à 2-niveaux et VSC-MMC) et l'implémentation associée à chacune a été discutée. Enfin, les questions de la protection des convertisseurs Grid-forming contre les surintensités et leur synchronisation post-défaut ont été étudiées, puis, des algorithmes de limitation de courant et de resynchronisation ont été proposés pour améliorer la stabilité transitoire du système. Un banc d'essai a été développé pour confirmer les approches théoriques proposées.

3. "Stability of power systems with high penetration of sources interfaced by power electronics"
   Guilherme SANTOS PEREIRA, Thèse, Novembre 2020, url, résumé

   L’insertion massive de sources interfacées par Électronique de Puissance (EP) dans le réseau va induire de grands défis techniques à surmonter pour garantir la stabilité du système électrique. L’une des principales préoccupations tient aux caractéristiques de ces sources, qui sont différentes de celles des Machines Synchrones (MS). Ce travail apporte un éclairage supplémentaire sur l’effet de l’insertion massive des sources interfacées par EP dans le système électrique, plus spécifiquement sur l’évolution du comportement de la fréquence de ces systèmes. Pour y répondre, un ensemble d’outils et de méthodes s’inspirant des fondamentaux des systèmes basés sur la production d’électricité avec les MSs a été développé. Des modèles d’ordre réduit des sources interfacées par EP se comportant comme sources de tension ou de courant sont proposés. Comme ces représentations partagent la même approche théorique que les modèles de MSs, il est ensuite possible de les fusionner en vue de l’analyse des systèmes électriques quelconques, indépendamment leur complexité. Les systèmes d’ordre réduit peuvent soit être modélisés en représentant chaque source ou bien en utilisant le concept des zones synchrones, ce qui offre une grande flexibilité d’analyse. Avec une approche progressive, le comportement de la fréquence des systèmes académiques relevé avec la méthodologie proposée est analysé en profondeur et comparé avec celui obtenu avec des modèles détaillés. L’approche développée dans ce travail peut être utilisée pour déterminer l’impact du ratio de pénétration des sources interfacées par EP sur le comportement global de la fréquence, mais aussi pour évaluer les oscillations intra et interzones des différents systèmes électriques.

4. "Modélisation et estimation de paramètres des réseaux de distribution basse tension"
   Ferreol BINOT, Ph.D. Thesis, Octobre 2020, url, résumé

   Le développement des nouveaux usages, poussé par des exigences de transition énergétique, principalement sur les réseaux basse tension (BT) nécessite de développer des outils toujours plus innovants de conduite et de planification des réseaux. Le développement de ces nouveaux outils nécessite une très bonne connaissance de l’état et des paramètres réels des réseaux BT. Les travaux de cette thèse se focalisent donc sur le développement d’algorithmes d’estimation d’état (EE) et de paramètres (EP) dédiés aux réseaux BT.Pour mener à bien le développement de ces algorithmes, nous avons amélioré la caractérisation et la modélisation des câbles BT en prenant en compte l’impact des paramètres extérieurs sur la matrice d’impédance et sur le plan de tension. Ce modèle utilise la matrice d’impédance 4×4 et prend en compte les résistances de mise à la terre. Cette étude servira de brique de base pour les deux algorithmes.L’algorithme d’EE s’appuie sur l’algorithme des WLS et de la méthode de la matrice augmentée. Pour son développement, nous avons adapté ses grandeurs pour qu’elles prennent en compte les particularités des réseaux BT. Cet algorithme permet d’obtenir une précision accrue du plan de tension (incluant la tension neutre-terre) du réseau et donne de résultats précis même en cas d’erreurs ou de suppressions de mesure. L’algorithme va permettre d’améliorer la conduite des réseaux BT. L’algorithme d’EP, qui s’appuie sur l’algorithme du vecteur augmenté, permet d’estimer à la fois les longueurs des liaisons mais aussi directement les conditions extérieures (température du conducteur). Cet algorithme permet ainsi de corriger les données présentes dans les systèmes d’information géographique et de parfaitement connaître la topologie du réseau. Ainsi, la planification et la conduite des réseaux BT seront plus aisées même avec le développement des nouveaux usages.

5. "Contributions pour le positionnement de la méthode de forme normale comme outil d'analyse de future système d'alimentation"
   Nnaemeka UGWUANYI, Thèse, Juin 2020, url, résumé

   Compte tenu de plusieurs contraintes économiques, techniques et environnementales, les systèmes électriques actuels fonctionnent très près de leurs limites, ce qui fait qu'ils présentent de plus en plus des comportements non linéaires. De plus, le transfert d'une grande quantité d'énergie sur de longues distances n'est pas rare aujourd’hui, cela conduit à des interactions non linéaires, conduisant à un réel défit; celui de l'utilisation des outils traditionnels d'analyse du système électrique en présence de fortes non linéarités. En outre, la forte pénétration des énergies renouvelables et de l'électronique de puissance qui l'accompagne viennent augmenter ces non linéarités du système électrique. En conséquence, les outils d'analyse modale bien établis utilisés par le passé deviennent insuffisants pour l'analyse du système électrique aujourd’hui et celui du futur; d'où le besoin d'outils alternatifs. L'inclusion de termes d'ordres supérieurs dans l'analyse modale, possible avec la méthode de forme normale (NF), augmente les informations qu'elle fournit et permet de mieux étudier les aspects dynamiques sur un système d'alimentation présentant un comportement fortement non linéaire. Cependant, la méthode NF nécessite au préalable la décomposition de Taylor du système non linéaire, qui produit plusieurs matrices et coefficients de Hesse d'ordre supérieur, une opération non réalisable avec les méthodes standard lorsque l'on considère les systèmes à grande échelle. Dans cette thèse, pour répondre à cette problématique, une méthode numérique efficace pour accélérer ces calculs, en évitant l'expansion de Taylor habituelle, est développée. Les nouveaux calculs consistent à définir les vecteurs propres linéaires comme champ inconnu dans le système non linéaire initial, ce qui conduit à résoudre des équations linéaires uniquement pour obtenir tous les coefficients nécessaires. De cette façon, le calcul du modèle non linéaire jusqu'au troisième ordre et l'analyse modale non linéaire deviennent simples et réalisables avec un temps de calcul raisonnable. De plus, des indices basés sur la NF pour la stabilité du système électrique et la surveillance du fonctionnement sont proposés et testés sur plusieurs systèmes.

1. "ModAICSS - Modélisation de l’acceptation et de l’implication de producteurs et consommateurs d’énergie électrique en vue d’une stratégie de supervision énergétique multi-acteurs"
   Benoit DURILLON, Thèse, Décembre 2019, url, résumé

   Les défis environnementaux auxquels nous sommes confrontés impliquent de consommer moins, plus efficacement, et de produire de manière moins impactante. D'un point de vue électrique, la gestion d'énergie dans les réseaux est un des points cruciaux pour atteindre la meilleure efficacité possible tout en augmentant la pénétration d'énergies renouvelables, garante d'une production moins polluante. L'ensemble des acteurs du réseau doit donc prendre part à l'équilibre du réseau, tout en ayant leurs sensibilités et contraintes respectées. Cette prise en compte des acteurs est en effet un gage d'acceptation et d'implication de ceux-ci.
   
   Ce travail se veut exploratoire, par la définition et la compréhension des acteurs du réseau électrique dans un premier temps, puis par la réflexion sur l'intégration de leurs profils dans un superviseur énergétique. Le génie électrique seul ne permettant pas de répondre entièrement à cette problématique, l'apport des sciences humaines et sociales a été sollicité. Cette thèse a donc un fort caractère interdisciplinaire, illustré par la coopération avec des chercheur·es en sociologie et économie impliqué·es dans son encadrement.
   
   Le résultat de ces recherches est une méthodologie en 3 étapes, applicable à tous les acteurs du réseau. La première étape est la définition des profils d'acteurs. La deuxième est la première brique du superviseur énergétique, optimisant les productions/consommations la veille pour le lendemain. Enfin, la troisième étape est la partie temps réel du superviseur, ajustant au cours de la journée les productions/consommations. Cette thèse se décompose en deux parties distinctes: d'un côté la méthodologie présentant le détail des étapes et des approches choisies, et de l'autre l'application de cette méthode à un cas d'étude résidentiel

2. "Gestion des flux énergétiques d'une ferme éolienne offshore connectée à un système HVDC au travers d'un redresseur à diodes"
   Ragavendran RAMACHANDRAN, Thèse, Décembre 2019, url, résumé

   La transition énergétique pour un monde plus durable est désormais la priorité de nombreux pays. Dans cet objectif, notamment en Europe, le développement de l’énergie éolienne en mer (offshore) a été rapide. Le transport de l’électricité en Courant Continu Haute Tension (HVDC) basé sur un convertisseur électronique à source de tension (VSC) est la solution de transport, pour les fermes éoliennes en mer éloignées de plus de 50 km de la côte. La solution d’un redresseur à diodes dans les stations de conversion en mer est plus compacte, robuste et moins cher. Cette thèse porte sur les divers problèmes technologiques et scientifiques liés au contrôle du réseau alternatif isolé en mer permettant le raccordement des fermes éoliennes. Ces verrous sont d’abord examinés en détail dans l’état de l’art. Ensuite, une organisation du contrôle de la tension et de la fréquence de ce réseau (dit Grid Forming) est proposée en utilisant les caractéristiques techniques P-V et Q-f avec une solution pour la synchronisation entre les éoliennes. Certaines des solutions de contrôle en Grid Forming sont comparées et évaluées à l'aide de simulations dans le domaine temporel, pour un cas d'étude donné. Puis, une nouvelle solution est proposée pour le démarrage du réseau offshore (black start) et un contrôle automatisé de la supervision, basé sur la modélisation sous forme d’un système à événements discrets (SED). La théorie du contrôle par supervision (TCS) est implémentée et testée pour un cas d'étude. Ensuite, les différents types de défauts du système sont analysés à l’aide de la littérature; et le schéma de contrôle du Grid Forming conçu dans cette thèse est complétée pour apporter une capacité de fonctionnement lors d’un défaut du réseau AC offshore. Enfin, une brève analyse est faite sur les défis pour l’intégration de ce type de ferme au réseau MTDC.

3. "Control of distributed energy resources for primary response of grid-interactive micro-grids"
   Martin LEGRY, Thèse, Septembre 2019, url, résumé

   Ces travaux portent sur la commande d’un micro-réseau interactif pour fournir des services système à un réseau électrique faible, et plus particulièrement une réponse primaire en fréquence et en tension au point d’interconnection (PCC). Le premier objectif de cette thèse est de superviser un micro-réseau afin d’assurer un fonctionnement stable tout en respectant les objectifs économiques définis par un optimiseur externe.Dans un second temps, une nouvelle méthodologie en trois étapes a été mise au point. Premièrement, pour fournir les services auxiliaires au PCC, il est nécessaire d’estimer et de coordonner les flexibilités des différents équipements tels que les générateurs d’énergie distribués, les énergies renouvelables, les stockages, etc. Un algorithme d’optimisation est proposé pour l’agrégation de ces flexibilités afin de déterminer les flux de puissance active et réactive maximum que le micro-réseau peut fournir. La deuxième étape détermine le comportement possible du micro-réseau à son PCC. Enfin, deux nouveaux algorithmes de contrôle ont été développés pour assurer un comportement de type statisme au PCC.Une première solution, basée sur un superviseur centralisé et la commande prédictive, assure un ajustement en temps réel des points de consigne. La seconde est une solution distribuée qui détermine de nouvelles lois de contrôle locales primaires pour les différents actionneurs. L’efficacité des deux architectures de contrôle a été validée par simulation sur un modèle de micro-réseau de référence.
   
   This work focuses on the control of a grid-interactive micro-grid to provide ancillary services to a weak power system, and more particularly a primary frequency and voltage response at the point of common coupling (PCC). The first objective of this thesis is to supervise a micro-grid in order to ensure stable operation while enforcing the economic objectives defined by an external optimizer.Then, a novel three-step methodology has been developed. First, to provide the ancillary services at the PCC, it is necessary to estimate and coordinate the flexibility of heterogeneous equipment such as distributed generators, renewables, storages, etc. An optimization algorithm is proposed for the aggregation of these flexibilities to deduce the maximum active and reactive power flows that the micro-grid can provide. The second step determines the possible behavior of the micro-grid at its PCC. Finally, two new control algorithms have been developed to ensure a droop-like behavior at the PCC. A first solution, based on a centralized Model Predictive Control based supervisor, ensures a real-time adjustment of the set-points. The second one is a distributed solution that determines new primary local control laws for DERs. The effectiveness of the two control architectures has been validated by simulation with a benchmark micro-grid model.

4. "Outils et Méthodes pour l’Analyse et la Simulation de Réseaux de Transport 100% Électronique de Puissance"
   Quentin COSSART, Thèse, Septembre 2019, url, résumé

   Outils et Méthodes pour l’Analyse et la Simulation de Réseaux de Transport 100%
   Electronique de Puissance
   
   RESUME :
   
   Le développement des énergies renouvelables et des liaisons HVDC conduit à une
   augmentation de la pénétration de l’électronique de puissance dans les réseaux de
   transport d’électricité. Comme les convertisseurs possèdent des propriétés
   physiques différentes de celles des alternateurs synchrones, une évolution des
   contrôles employés s’avère nécessaire. Au vu de la taille des ensembles à simuler, la
   validation de solutions innovantes doit être réalisée par des simulations
   numériques et il est nécessaire d’être vigilant sur les outils utilisés afin d’éviter des
   temps de calcul prohibitifs. Dans cette thèse, des outils et des méthodes pour
   l’analyse et la simulation de réseaux de transport 100 % électronique de puissance
   sont développés. Une partie importante des travaux est consacrée à la modélisation
   des convertisseurs, ce qui permet de réaliser des simulations numériques plus ou
   moins précises en fonction du cahier des charges de l’étude et d’appliquer ou de
   développer des méthodes d’analyse de stabilité. Un modèle simplifié du réseau
   Irlandais est utilisé comme réseau exemple de façon à valider les méthodes et outils
   développés dans le cadre de la thèse.
   
   Mots clés : Analyse des réseaux de transport, 100% Électronique de Puissance,
   Simulation de réseaux électriques, Réduction de modèles
   
   Tools and Methods for the Analysis and Simulation of Large Transmission
   Systems Using 100% Power Electronics
   
   ABSTRACT:
   
   The development of renewable generation and HVDC links lead to an important
   increase of the penetration of power electronics in the transmission systems. As
   Power Electronics converters have completely different physical behavior than
   synchronous machines, an evolution in the way TSOs control transmission systems
   is needed. It is impossible to build a real size prototype of a transmission system.
   The validation of the solutions must be done using dynamic numerical simulations.
   Because of the size of the studied systems, we have to be careful with the
   simulation tools that we use, in order to reduce the computation time. In this PhD
   tools and methods for the analysis and simulation of large transmission systems
   using 100% power electronics are developed. An important part of the work looks
   at the models of the converters. Those models allow us to do numerical simulations
   and to apply and develop stability and performance analysis methods for the
   considered system. A simple model of the Irish network will be used as an example
   in order to assess the developed methods.
   
   Keywords : Power Systems Analysis, 100% Power Electronics, Power System
   Simulation, Model order reduction

5. "A DC-DC power converter study for High Voltage Direct Current (HVDC) grid: Model and control of the DC-DC Modular Multilevel Converter (M2DC)"
   Yafang LI, Thèse, Juillet 2019, url, résumé

   This work is based on Multi Terminal Direct Current (MTDC) grids. In the MTDC grid, DC/DC converter stations are needed to connect different HVDC grids. A lot of DC/DC converters have been studied and developed, but are not suitable for high voltage and great power constraints. Therefore, the objective of this work is the study of a DC/DC converter for high voltage and great power applications. For the potentially HVDC applications, the volume and costs are major criteria. According to this, a high voltage and great power potential DC/DC converter is selected, which is the Modular Multilevel DC-DC Converter (M2DC).
   Focusing on the M2DC, the work proposes analyses in steady state and builds an average model for the converter. Based on the average model, the basic control algorithm for the converter is developed to validate the previous analysis. Since the thesis aims to use the existing L2EP Modular Multilevel Converter (MMC) to test the M2DC model and control, a design of the M2DC based on MMC is proposed. Finally, the M2DC HIL (Hardware In-the-Loop) simulations results are presented confirming previous analyses and allowing to go on to prototyping the M2DC on the base of the existing MMC.

1. "Intégration des incertitudes liées aux prévisions de consommation et de production à la gestion prévisionnelle d’un réseau de distribution"
   Jérôme BUIRE, Thèse, Décembre 2018, url, résumé

   L’évolution des techniques de gestion des réseaux de distribution imposée par les codes de réseaux européens nécessite une connaissance de plus en plus approfondie de leur comportement. La gestion prévisionnelle de ces réseaux implique de prendre en compte la volatilité des énergies renouvelables et les capacités de prévision à l’horizon J-1 de la consommation et de la production. En effet, les valeurs déterministes les plus probables des prévisions ne sont plus suffisantes pour pouvoir prédire et gérer à l’avance un réseau. Une modélisation et une optimisation stochastiques permettent un choix, au plus juste, de paramètres de contrôle, par rapport au risque acceptable de surtensions.
   Les travaux de thèse se concentrent sur l’étude et la prise en compte, dans la modélisation et l’optimisation des réseaux, des incertitudes matérielles et fonctionnelles des réseaux de distribution. Une modélisation stochastique de réseau est proposée, elle intègre les incertitudes liées au régleur en charge et aux prévisions de consommation et de production. En fonctionnement, les tensions aux nœuds et la puissance réactive transitant vers le réseau de transport varient de manière non uniforme. Les contrôleurs des productions réactives des générateurs, le régleur en charge et les gradins de condensateurs permettent de limiter ces fluctuations et de respecter les exigences contractuelles. Industriellement, les contrôleurs locaux des générateurs sont caractérisés par des lois de commande linéaires ou linéaires par morceaux. En effectuant des hypothèses sur la nature stochastique des prévisions de production et de consommation, on peut montrer que les tensions aux nœuds sont des variables gaussiennes ou des sommes de variables gaussiennes par morceaux. Une optimisation stochastique basée sur ces modèles permet de choisir les paramètres des contrôleurs qui minimisent les risques de surtension et des efforts de générateurs, sans avoir à mettre en œuvre des méthodes coûteuses en temps de calcul de type Monte Carlo.

2. "Novel control techniques in multiphase drives : direct control methods (DTC and MPC) under limit situations"
   Mario BERMUDEZ GUZMAN, Thèse, Décembre 2018, url, résumé

   Les entraînements électriques polyphasés ont acquis une importance particulière ces derniers temps pour leur utilisation dans des applications où la fiabilité présente un intérêt pour des raisons économiques et de sécurité. Cette thèse se centre sur le développement de techniques de commande en mode instantané pour contrôler de manière optimale les machines polyphasées, en analysant leur tolérance dans différentes conditions de fonctionnement, telles que lors de l’atteinte de limites électriques (limites de tension, de courant et de niveau maximum de magnétisation) ou de défauts de type phase ouverte. Tout d’abord, la technique DTC est proposée pour gérer le cas de défaut de type phase ouverte dans la machine polyphasée. Une comparaison de la tolérance à la défaillance des commandes de type DTC par rapport à d’autres techniques de commande est réalisée, permettant une conclusion sur les forces et les faiblesses des méthodes analysées. Enfin, un contrôleur de courant optimal est développé utilisant des techniques MPC permettant une utilisation optimale de la capacité de couple du système en cas de limitations électriques. Des résultats de simulation et des validations expérimentales sont effectués pour corroborer les approches initiales, en utilisant des cas particuliers d’entraînements pentaphasés commandés avec différents sous-espaces de commande dans le domaine fréquentiel.

1. "Analysis and Performance Enhancement of a Series Parallel Offshore Wind Farm Topology Integrated into a HVDC Grid"
   Haibo ZHANG, Université de Lille, Décembre 2017, url, résumé

   The exploitation of the abundant offshore wind energy far from the coast relies on the High Voltage Direct Current (HVDC) transmission which requires a dedicated offshore substation for converting power from AC into DC. The investment on the bulky offshore platform is high and its installation is complicated.
   This thesis deals with a pure DC offshore wind farm topology which exports its energy to onshore without using an offshore centralized power conversion substation. This wind farm is called Series Parallel Wind Farm (SPWF), which is comprised of several clusters of wind turbines interconnected in series, so that the output converters of the wind turbines step up the voltage to be high enough for direct power transmission. However, the series connection indicates that the independent operation of wind turbines becomes impossible. Unbalanced power production of wind turbines due to uneven wind speed distributed in the wind farm leads to wind turbines output voltage variation.
   The overvoltage limitation control strategy is then developed to ensure safe operation of the series connected wind turbines. It is first validated by being applied to a Point-to-Point (P2P) system using Multilevel Modular Converter (MMC) based HVDC transmission. After that, the SPWF is integrated into different Multi-Terminal DC (MTDC) systems. The results validate the feasibility of proposed strategy, and show its advantage that no power curtailment is required to limit the wind turbines output voltage.

2. "Analyse de stabilité en petit signaux des Convertisseurs Modulaires Multiniveaux et application à l’étude des MMC dans des Réseaux HVDC"
   Julian FREYTES, Centrale Lille, Décembre 2017, url, résumé

   Analyse de stabilité en petit signaux des Convertisseurs Modulaires Multiniveaux
   et application à l’étude des MMC dans des Réseaux HVDC
   Ces travaux de thèse portent essentiellement sur la modélisation, l’analyse et la commande
   des convertisseurs de type MMC intégrés dans un contexte MTDC. Le premier objectif de ce
   travail est d’aboutir à un modèle dynamique du convertisseur MMC, exprimé dans le repère
   dq, permettant d’une part, de reproduire avec précision les interactions AC-DC, et d’exprimer,
   d’autre part, la dynamique interne du convertisseur qui peut interagir également avec le reste
   du système. Le modèle développé peut être linéarisé facilement dans le but de l’exploiter pour
   l’étude de stabilité en se basant sur les techniques pour les systèmes linéaires à temps invariant.
   Ensuite, selon le modèle développé dans le repère dq, différentes stratégies de contrôle sont
   proposées en fonction de systèmes de contrôle-commande existantes dans la littérature mis
   en places pour le convertisseur MMC. Étant donné que l’ordre du système est un paramètre
   important pour l’étude des réseaux MTDC en présence de plusieurs stations de conversion de
   type MMC, l’approche de réduction de modèles à émerger comme une solution pour faciliter
   l’étude. En conséquence, différents modèles à ordre réduit sont développés, et qui sont validés
   par la suite, par rapport au modèle détaillé, exprimé dans le repère dq. Finalement, les modèles
   MMC développés ainsi que les systèmes de commande qui y ont associés sont exploités, pour
   l’analyse de stabilité en petits signaux des réseaux MMC-MTDC. Dans ce sens, la stratégie
   de commande associée à chaque MMC est largement évaluée dans le but d’investiguer les
   problèmes majeurs qui peuvent surgir au sein d’une configuration MTDC multi-constructeurs.
   Mots clés
   «Réseaux à courant continu multi-terminaux», «Convertisseur modulaire multiniveaux», «Modélisation
   dans l’espace d’états», «Stabilité en pétits signaux».
   Small-signal stability analysis of Modular Multilevel Converters and application
   to MMC-based Multi-Terminal DC grids
   This thesis deals with the modeling and control of MMCs in the context of MTDC. The first
   objective is to obtain an MMC model in dq frame which can reproduce accurately the AC- and
   DC- interactions, while representing at the same time the internal dynamics which may interact
   with the rest of the system. This model is suitable for linearization and stability studies, among
   other linear techniques. Then, based on the developed dq model, different control strategies are
   developed based on state-of-the-art MMC controllers. Since the dimension of the system is a
   limiting factor for studying MTDC grids with many MMCs, different reduced-order models are
   presented and compared with the detailed dq model. Finally, the developed MMC models with
   different controllers are used for the MTDC studies. The impact of the selected controllers
   for each MMC is evaluated to highlight the potential issues that may occur in multivendor
   schemes.
   Keywords
   «HVDC transmission», «Modular multilevel converter», «State-Space modeling», «SmallSignal
   stability analysis», «Interoperability in MTDC grids».

3. "Control and Energy Management of MMC-based Multi-Terminal HVDC Grids"
   Kosei SHINODA, Centrale Lille, Novembre 2017, url, résumé

   Cette thèse porte sur la commande de réseaux multi-terminaux à courant continu (MTDC) basés sur des convertisseurs multiniveaux modulaires (MMCs).Tout d’abord, notre attention se focalise sur l'énergie stockée en interne dans le MMC qui constitue un degré de liberté additionnel apporté par sa topologie complexe. Afin d’en tirer le meilleur parti, les limites de l’énergie interne sont formulées mathématiquement.Afin de maîtriser la dynamique de la tension DC, l’utilisation de ce nouveau degré de liberté s’avère d’une grande importance. Par conséquent, une nouvelle de stratégie de commande, nommée «Virtual Capacitor Control», est proposée. Cette nouvelle méthode de contrôle permet au MMC de se comporter comme s’il possédait un condensateur de taille réglable aux bornes, contribuant ainsi à l’atténuation des fluctuations de la tension DC.Enfin, la portée de l’étude est étendue au réseau MTDC. L'un des défis majeurs pour un tel système est de faire face à une perte soudaine d'une station de convertisseur qui peut entraîner une grande variation de la tension du système. A cet effet, la méthode de statisme de tension est la plus couramment utilisée. Cependant, l'analyse montre que l'action de contrôle souhaitée risque de ne pas être réalisée lorsque la marge disponible de réserve de puissance du convertisseur est insuffisante. Nous proposons donc une nouvelle structure de contrôle de la tension qui permet de fournir différentes actions en fonction du signe de l'écart de la tension suite à une perturbation, associée à un algorithme qui détermine les paramètres de statisme en tenant compte du point de fonctionnement et de la réserve disponible à chaque station.
   
   Convertisseurs modulaires multiniveaux (MMCs), Transmission à haute tension courant continu (HVDC), Réseaux multi- terminaux DC (MTDC), Commande de convertisseur, Gestion de l'énergie, Réglage primaire de tension, Statisme de tension, Modélisation, Convertisseurs multiniveaux, Réseaux électriques (énergie), Modèles mathématiques, Réseaux électriques (circuits), Énergie gestion, Électronique de puissance
   
   Control and energy management of MMC-based multi-terminal HVDC grids
   
   The scope of this thesis includes control and management of the Modular Multilevel Converter (MMC)-based Multi-Terminal Direct Current (MTDC).At first, our focus is paid on the internally stored energy, which is the important additional degree of freedom brought by the complex topology of MMC. In order to draw out the utmost of this additional degree of freedom, an in-depth analysis of the limits of this internally stored energy is carried out, and they are mathematically formulated.Then, this degree of freedom of the MMC is used to provide a completely new solution to improve the DC voltage dynamics. A novel control strategy, named Virtual Capacitor Control, is proposed. Under this control, the MMC behaves as if there were a physical capacitor whose size is adjustable. Thus, it is possible to virtually increase the equivalent capacitance of the DC grid to mitigate the DC voltage fluctuations in MTDC systems.Finally, the scope is extended to MMC-based MTDC grid. One of the crucial challenges for such system is to cope with a sudden loss of a converter station which may lead to a great variation of the system voltage. The voltage droop method is commonly used for this purpose. The analysis shows that the desired control action may not be exerted when the available headroom of the converter stations are insufficient. We thus propose a novel voltage droop control structure which permits to provide different actions depending on the sign of DC voltage deviation caused by the disturbance of system voltage as well as an algorithm that determines the droop parameters taking into account the operating point and the available headroom of each station.
   
   Modular multilevel converters (MMCs), High-voltage direct current (HVDC) transmission, Multi-terminal DC (MTDC) grid, Converter control, Energy management, Primary voltage control, Voltage droop control, Modeling

4. "Déduction et mise en œuvre de stratégies de commande de réseaux électriques sans machines synchrones"
   Guillaume DENIS, Centrale Lille, Novembre 2017, url, résumé

   -

5. "Environnement d’aide à la décision pour les réseaux électriques de raccordement des fermes éoliennes en mer : conception et évaluation robuste sous incertitudes."
   Swann GASNIER, Mémoire de thèse, Novembre 2017, url, résumé

   L’énergie éolienne en mer connaît une croissance forte. Sa compétitivité économique, mesurée par le LCOE (coût d’énergie actualisé), n’a pas encore atteint celle de l’éolien terrestre. Le coût du raccordement électrique affecte cette compétitivité. Selon la distance et la puissance d’une ferme éolienne en mer, un panel important d’architectures et technologies de réseau de raccordement peut être considéré (AC ou DC etc.). L’objectif de cette thèse est de fournir un cadre méthodologique décisionnel pour l’évaluation et la planification de l’architecture du réseau de raccordement. L’évaluation des architectures repose sur les calculs des énergies annuelles dissipée dans le réseau, des coûts d’investissement du réseau et de l’énergie non distribuée conséquente de la fiabilité du réseau. Pour calculer ces quantités, des modèles et méthodes de calculs sont proposés. Il apparaît néanmoins nécessaire d’évaluer et de comparer des architectures ayant des dimensionnement optimaux. Ainsi, une formulation du problème de dimensionnement du réseau est proposée. La formulation est générique vis-à-vis des différentes architectures considérées. Une méthode de résolution heuristique rapide donnant des solutions quasi-optimales est mise en œuvre. L’environnement d’aide à la décision qui permet le dimensionnement puis l’évaluation d’une architecture est mis en œuvre sur plusieurs cas d’application incluant des architectures très différentes. Finalement, une méthode probabiliste analytique est proposée afin de prendre en compte les incertitudes sur les modèles et leurs propagations aux critères de décision.

6. "Gestion énergétique sous incertitude: Application à la planification et à l'allocation de réserve dans un micro réseau électrique urbain comportant des générateurs photovoltaïques actifs et du stockage Energy management under uncertainty: Application to the day-ahead planning and power reserve allocation of an urban microgrid with active photovoltaic generators and storages"
   Xingyu YAN, Mémoire de thèse, Mai 2017, url, résumé

   Le développement massif des énergies renouvelables intermittentes dans les réseaux électriques affecte leur fonctionnement. En raison des limitations technologiques et des investissements nécessaires pour maintenir le niveau de sécurité électrique actuel, les questions liées à la stabilité statique et dynamique pourraient arrêter le développement de ces sources. Le sujet de la thèse est de développer un outil pour mesurer l'incertitude sur la disponibilité de la puissance produite par les générateurs photovoltaïques dans un microréseau urbain. L'incertitude est modélisée à partir de l' étude de la nature incertaine de la production PV et de la charge. Avec des méthodes stochastiques, la puissance de réserve (OR) est calculée un jour en avance en tenant compte d'un indice de risque associé. Ensuite, l'OR est répartie sur différents générateurs locaux (générateurs photovoltaïques actifs contenant du stockage distribué et micro-turbines à gaz). Afin de minimiser le coût opérationnel total et/ou les émissions équivalentes de CO2, une planification optimale et une répartition quotidienne de l'OR dans les différents générateurs sont mises en œuvre. Enfin, un outil logiciel est développé pour conceptualiser cette planification opérationnelle du système électrique réalisée la veille pour le lendemain.
   
   The massive development of intermittent renewable energy technologies in power systems affects the operation of electrical systems. Due to technical limitations and investments needed to maintain the current electrical security level, issues related to dispatching, static and dynamic stability could stop the development of these distributed renewable energy sources (RES). The subject of the PhD is to develop a tool to study the uncertainties of PV power and load forecasting in an urban network. With stochastic methods, the day-ahead operating reserve (OR) is quantified by taking into account an associated reliability risk index. Then the OR is dispatched into different power generators (active PV generators and micro gas turbines). To minimize the microgrid total operational cost and/or equivalent CO2 emissions, day-ahead optimal operational planning and dispatching of the OR into different power generators is implemented. Finally, a freeware “A User-friendly Energy Management System and Operational Planning Supervisor” is developed on the Matlab GUI to conceptualize the overall system operation.

1. "Modélisation et Commande des Convertisseurs MMC en vue de leur Intégration dans le Réseau Electrique"
   Shabab SAMIMI, Centrale Lille, Novembre 2016, url, résumé

   0
   C. CABLE
   C.1. Cable data
   Each DC transmission is associated with two cables, one for the positive pole and one for
   the negative pole. They are buried beneath the ground. Electrical data are calculated thanks to the
   EMTP-RV® routine, main parameters are summarized in Table C-1.
   Table C-1 : Cable parameters (calculated at 10 µHz)
   Cable 320 kV 2500 mm² Cable 320 kV 500 mm²
   Cable section [mm²] 2500 500
   Nominal current [A] 1800 – 2700 700 – 1100
   Core resistance [mΩ/km] 5.3 3.1
   Screen resistance [mΩ/km] 60.2 88.2
   Core inductance [mH/km] 3.6 3.8
   Screen inductance [mH/km] 3.5 3.6
   Core-screen mutual inductance [mH/km] 3.5 3.6
   Core-to-ground conductance [µS/km] 0.06 0.04
   Core-to-ground capacitance [µF/km] 0.24 0.15
   Modular Multilevel Converter Model and Control for the integration to the grid
   system
   ABSTRACT
   In future, the capability of the electric power transmission continues to grow due to renewable
   energy production and the needs of electrical market. Consequently many HVDC transmission systems are
   developed. Definitely the power electronic interfaces will play a key role to provide high reliability, good
   efficiency and cost effectiveness for this AC/DC conversion. Recently, the Modular Multilevel Converter
   (MMC) has taken the advantage over the more classical converter as three-level VSC. Since MMC topology
   is complex, two different control levels may be distinguished: the control of the switches mainly orientated
   on the balance of hundreds of voltage on the elementary submodules, the higher level control whose aim is
   to control the currents, power and energy in the system. This thesis is oriented mainly on the latter. It
   discusses a hierarchical and formal approach for the MMC to control the energy in all the storage elements.
   At first it is shown that an energy control is required mandatory. Secondly, it supposes to develop an
   energetic model which is inverted to design the energy control. Then different solutions of control have
   been developed and discussed. In the majority of applications, MMC is integrated in an HVDC point to
   point link where the two AC/DC substations have different roles. A specific attention has to be paid on the
   station which controls the voltage since the way to manage the energy in the MMC has a critical role in the
   DC voltage stability. Finally, all these types of control have been tested and discussed on an HVDC. It is
   shown that the exchange between the DC bus and the MMC placed on both sides play a key role in the DC
   bus voltage regulation
   KEYWORDS: Modular Multilevel Converters, energy and Power Control, Modeling, High Voltage Direct
   Current (HVDC),
   Modélisation et Commande des Convertisseurs MMC en vue de leur Intégration
   dans le Réseau Electrique
   RESUME:
   Le système de transport d’électricité doit évoluer pour satisfaire les besoins du marché de
   l’électricité et de l’insertion de la production renouvelable. Les systèmes de transport dits HVDC se
   développent. Les interfaces d’électroniques de puissance vont jouer un rôle majeur et doivent faire preuve
   d’une extrême fiabilité, d’une grande efficacité et rester économiquement abordables. La technologie
   MMC (Convertisseur Modulaire Multi-niveaux) connaît un essor par rapport à des technologies classiques,
   comme le convertisseur trois-niveaux. Sa topologie étant complexe, deux niveaux de contrôle peuvent être
   définis. Le premier niveau porte sur le contrôle des interrupteurs pour équilibrer les tensions des sousmodules.
   Le second niveau contrôle les courants, la puissance et l’énergie dans le système. Cette thèse est
   axée sur ce deuxième niveau de contrôle. Une approche hiérarchisée et formelle, basée sur l’inversion du
   modèle pour le contrôle de l’énergie du MMC est présentée. Pour ce contrôle, différentes méthodes ont
   été proposées et comparées. Cela implique de développer une modélisation, mettre en place un contrôle.
   Différentes modèles et contrôles ont été développés. Le MMC est généralement intégré dans une liaison
   HVDC où deux stations AC/DC ont un contrôle différent. Un soin particulier doit être apporté à la
   station dédiée au contrôle de la tension. En effet, la gestion de l’énergie dans le MCC est un point critique
   pour la stabilité de la tension. Enfin, les différents types de contrôle évoqués ont été étudiés dans le cas
   d’une liaison HVDC. Il a été montré que les échanges entre le bus DC et les MMC jouent un rôle
   important pour la régulation de la tension du bus DC.
   MOTS CLES : Convertisseur modulaire multiniveau, Contôle de l’enérgie et la puissance,
   Modélisation, Haute Tension Courant Continu (HVDC)

2. "Coordination des moyens de réglages de la tension à l’interface réseaux de distribution et de transport, évolution du réglage temps réel de la tension dans les réseaux de distribution"
   Juliette MORIN, Arts et Métiers, Novembre 2016, url, résumé

   COORDINATION DES MOYENS DE REGLAGE DE TENSION A L’INTERFACE RESEAU DE
   DISTRIBUTION/RESEAU DE TRANSPORT ET EVOLUTION DU REGLAGE DE LA TENSION
   DANS LES RESEAUX DE DISTRIBUTION
   RESUME : 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.
   Mots clés : Réglage de tension, gestion de la puissance réactive, réseau de distribution actif,
   interface transport/distribution, contrôle temps réel, commande prédictive.
   JOINT TSO AND DSO VOLTAGE AND REACTIVE POWER CONTROL AT HV/MV SYSTEMS
   INTERFACE AND DEVELOPMENT OF REAL TIME VOLT VAR CONTROL OF
   DISTRIBUTION NETWORKS
   ABSTRACT: 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.
   Keywords : Voltage and reactive power control, active distribution grids, HV/MV systems
   interface, real-time control, predictive control.

3. "Contribution du Vehicle-to-Grid (V2G) à la gestion énergétique d’un parc de Véhicules Electriques sur le réseau de distribution"
   Siyamak SARABI, Arts et Métiers, Novembre 2016, url, résumé

   Contribution du Vehicle-to-Grid (V2G) à la gestion énergétique d'un parc de
   Véhicules Électriques sur le réseau de distribution
   RESUME :
   L'augmentation des densités de puissance et d'énergie des SSE (système de stockage électrique) des
   véhicules électriques/véhicules hybrides rechargeable (VEs/VHRs), tout en conservant des coûts
   raisonnables pour l'utilisateur, et le développement de convertisseurs d'énergie électrique à haute densité
   de puissance volumique, et de plus en plus performant vont favoriser la production en masse de véhicules
   électrifiés. Une partie de ces véhicules électriques (VEs/VHRs) nécessitent une connexion au réseau pour
   la recharge des batteries. L’insertion de ces nouvelles charges dans le réseau présentera alors plusieurs
   enjeux et impacts significatifs pour les réseaux électriques puisqu’ils doivent répondre localement à des
   demandes de puissance non négligeables. Ce projet de thèse vise à étudier et réduire les impacts des
   VEs/VHRs sur les réseaux de distribution grâce à la technologie Vehicle-to-Grid (V2G). Le véhicule
   électrique alimente le réseau en fonction des besoins du système électrique (modèle bidirectionnel) et lui
   offre un service de flexibilité. Ces travaux de recherche ont pour but d'approfondir les concepts dans
   lequel l’alimentation des véhicules électriques (VE) et/ou hybrides de type P-VEH est intégrée à la
   gestion du réseau de distribution et des « hubs énergétiques » du futur. L’objectif de la thèse est d’abord
   étudier les services systèmes possibles à fournir grâce au V2G, ensuite de concevoir un système de
   supervision qui assurera une gestion énergétique de ces nouvelles charges en choisissant le mode de
   recharge et/ou décharge adéquat et en prenant également en considération la demande de consommation
   locale et la présence de production de type renouvelable (photovoltaïque, éolien) dans le réseau de
   distribution. Cette supervision se fera dans un premier temps « en hors ligne » et par la suite « en ligne ».
   On aura recours à l’utilisation de méthodes d’intelligence artificielle comme l’apprentissage automatique
   (Machine Learning) et la logique floue, la commande prédictive ainsi que des méthodes d’optimisation
   hybrides (stochastiques et déterministes).
   Mots clés : Véhicule électrique rechargeable, Réseaux de distribution, Gestion énergétique
   Contribution of Vehicle-to-Grid (V2G) to the energy management of Plug-in
   Electric Vehicles’ fleet on the distribution network
   ABSTRACT:
   The power and energy density increment of the electrical storage system (ESS) of electric vehicles/Plugin
   hybrid electric vehicles (EVs/PHEVs), while maintaining reasonable costs for the user, and the
   development of converters of electrical energy to high power density and more and more powerful, will
   encourage the mass production of electrified vehicles. Beyond, electric vehicles (EVs/PHEVs) require a
   connection to the grid for the charging of the batteries. The insertion of these new loads in the grid will
   then present several issues and significant impacts for electrical networks since they must respond locally
   to non-negligible power requests. This PhD thesis aims to study and reduce the impacts of the
   EVs/PHEVs on the distribution grid thanks to the vehicle-to-Grid (V2G) technology. The electric vehicle
   supplies the grid depending on the needs of the electrical system (bi-directional model) and offers a
   flexible service. These works of research have aimed to deepen the concepts in which the supply of
   electric vehicles (EV) and/or hybrids of type PHEV is integrated with the management of the distribution
   network and the future "energy hubs". The objective of the thesis is at first to examine the possible
   ancillary services provided by V2G, then to design a system of supervision which will ensure an energy
   management of these new loads by choosing the adequate mode of charge/discharge and also taking into
   consideration the request of local consumption and the presence of renewable production of type
   photovoltaic and wind in the distribution grid. This supervision will be in a first step "offline" and
   subsequently "online". The methods which are used in this thesis are as follows; artificial intelligence
   such as machine learning and fuzzy logic, the predictive control as well as the methods of hybrids
   optimization (stochastic and deterministic).
   Keywords: Vehicle-to-Grid, Plug-in Electric Vehicle, Distribution grid, Energy management

4. "Control of a multi-terminal HVDC (MTDC) system and study of the interactions between the MTDC and the AC grids."
   Samy AKKARI, Université Paris-Saclay, Octobre 2016, url, résumé

   Title: Control of a multi-terminal HVDC (MTDC) system and study of its interactions with the AC grids
   
   Keywords: Control, High Voltage Direct Current (HVDC), Modal analysis, Modelling, Multi-terminal
   HVDC transmission systems are largely used worldwide, mostly in the form of back-to-back and point-to-point HVDC, using either thyristor-based LCC or IGBT-based VSC. With the recent deployment of the INELFE HVDC link between France and Spain, and the commissioning in China of a three-terminal HVDC transmission system using Modular Multilevel Converters (MMCs), a modular design of voltage source converters, the focus of the scientific community has shifted onto the analysis and control of MMC-based HVDC transmission systems. In this thesis, the average value models of both a standard 2-level VSC and an MMC are proposed and the most interesting difference between the two converter technologies -the control of the stored energy in the MMC- is emphasised and explained. These models are then linearised, expressed in state-space form and validated by comparing their behaviour to more detailed models under EMT programs. Afterwards, these state-space representations are used in the modelling of HVDC transmission systems, either point-to-point or Multi-Terminal HVDC (MTDC). A modal analysis is performed on an HVDC link, for both 2-level VSCs and MMCs. The modes of these two systems are specifed and compared and the independent control of the DC voltage and the DC current in the case of an MMC is illustrated. This analysis is extended to the scope of a 5-terminal HVDC system in order to perform a stability analysis, understand the origin of the system dynamics and identify the dominant DC voltage mode that dictates the DC voltage response time. Using the Singular Value Decomposition method on the MTDC system, the proper design of the voltage-droop gains of the controllers is then achieved so that the system operation is ensured within physical constraints, such as the maximum DC voltage deviation and the maximum admissible current in the power electronics. Finally, a supplementary droop "the frequency-droop control" is proposed so that MTDC systems also participate to the onshore grids frequency regulation. However, this controller interacts with the voltage-droop controller. This interaction is mathematically quantified and a corrected frequency-droop gain is proposed. This control is then illustrated with an application to the physical converters of the Twenties project mock-up.
   
   Titre: Contrôle d'un système multi-terminal HVDC (MTDC) et étude des interactions entre les réseaux
   AC et le réseau MTDC
   
   Mots clés: Analyse modale, Commande, Décomposition en Valeurs Singulières (SVD), High Voltage Direct
   Current (HVDC), Modélisation, Multi-terminal HVDC (MTDC), Représentation d'état, Simulation
   
   La multiplication des projets HVDC de par le monde démontre l'engouement toujours croissant pour cette technologie de transport de l'électricité. La grande majorité de ces transmissions HVDC correspondent à des liaisons point-à-point et se basent sur des convertisseurs AC/DC de type LCC ou VSC à 2 ou 3 niveaux. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l'étude, le contrôle et la commande de systèmes HVDC de type multi-terminal (MTDC), avec des convertisseurs de type VSC classique ou modulaire multi-niveaux. La première étape consiste à obtenir les modèles moyens du VSC classique et du MMC. La différence fondamentale entre ces deux convertisseurs, à savoir la possibilité pour le MMC de stocker et de contrôler l'énergie des condensateurs des sous-modules, est détaillée et expliquée. Ces modèles et leurs commandes sont ensuite linéarisés et mis sous forme de représentations d'état, puis validés en comparant leur comportement à ceux de modèles de convertisseurs plus détaillés à l'aide de logiciels de type EMT. Une fois validés, les modèles d'état peuvent être utilisés afin de générer le modèle d'état de tout système de transmissions HVDC, qu'il soit point-à-point ou MTDC. La comparaison d'une liaison HVDC à base de VSCs classiques puis de MMCs est alors réalisée. Leurs valeurs propres sont étudiées et comparées, et les modes ayant un impact sur la tension DC sont identifiés et analysés. Cette étude est ensuite étendue à un système MTDC à 5 terminaux, et son analyse modale permet à la fois d'étudier la stabilité du système, mais aussi de comprendre l'origine de ses valeurs propres ainsi que leur impact sur la dynamique du système. La méthode de décomposition en valeurs singulières permet ensuite d'obtenir un intervalle de valeurs possibles pour le paramètre de"voltage droop", permettant ainsi le contrôle du système MTDC tout en s'assurant qu'il soit conforme à des contraintes bien définies, comme l'écart maximal admissible en tension DC. Enfin, une proposition de "frequency droop" (ou "statisme"), permettant aux convertisseurs de participer au réglage de la fréquence des réseaux AC auxquels ils sont connectés, est étudiée. Le frequency droop est utilisé conjointement avec le voltage droop afn de garantir le bon fonctionnement de la partie AC et de la partie DC. Cependant, l'utilisation des deux droop génère un couplage indésirable entre les deux commandes. Ces interactions sont mathématiquement quantifiées et une correction à apporter au paramètre de frequency droop est proposée. Ces résultats sont ensuite validés par des simulations EMT et par des essais sur la plate-forme MTDC du laboratoire L2EP.

5. "Optimisation de la consommation énergétique d’une ligne de métro automatique prenant en compte les aléas de trafic à l’aide d’outils d’intelligence artificielle"
   Jonathan LESEL, Arts et Métiers, Juin 2016, url, résumé

   OPTIMISATION DE LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE D’UNE
   LIGNE DE MÉTRO AUTOMATIQUE PRENANT EN COMPTE LES
   ALÉAS DE TRAFIC A L’AIDE D’OUTILS D’INTELLIGENCE
   ARTIFICIELLE
   RESUME : En 2014, dans le cadre du Plan Climat, les pays membres de l’Union Européenne,
   se sont engagés à réduire de près de 27% leur consommation d’énergie. L’un des
   axes d’études concerne l’augmentation de l’efficacité énergétique des transports urbains.
   Cette thèse a pour objectif de proposer une méthodologie afin de réduire la consommation
   énergétique de lignes de métro automatique tout en intégrant les perturbations de trafic
   qui se produisent dans des conditions normales d’exploitation. Le principe retenu dans ces
   travaux est de maximiser la réutilisation de l’énergie générée lors du freinage des trains,
   par les autres trains présents sur la ligne. Une première partie est dédiée à la modélisation
   électrique d’une ligne de métro automatique et à la présentation de méthodes permettant
   de calculer les flux de puissances entre les trains et les sous-stations d’alimentation. Ensuite,
   des algorithmes d’optimisation sont introduits pour effectuer l’optimisation des paramètres
   d’exploitation les plus influents dans une configuration idéale n’intégrant pas les aléas de
   trafic. Enfin, une méthodologie basée sur un apprentissage des données de simulation est
   développée dans le but de réaliser l’optimisation énergétique de la consommation en temps
   réel et en intégrant les perturbations de trafic. Cette dernière partie aura ainsi pour objectif
   de fournir une aide à la décision dans le choix des temps d’arrêts que doivent effectuer
   chaque train en station afin de maximiser la récupération de l’énergie issue du freinage.
   Mots clés : Intelligence artificielle, Optimisation dynamique, Métaheuristiques, Synchronisation
   ferroviaire, Efficacité énergétique, Régulation de trafic
   ENERGY CONSUMPTION OPTIMIZATION OF AN AUTOMATIC
   METRO LINE INTEGRATING TRAFFIC FLUCTUATIONS WITH
   ARTIFICIAL INTELLIGENCE TOOLS
   ABSTRACT : In 2014, as part of the Climate Plan, EU member countries have committed
   to reduce by 27% their energy consumption. One of the main focal areas consists in
   increasing the energy efficiency of urban transports. This thesis aims to propose a methodology
   to reduce the energy consumption of automatic metro lines while integrating traffic
   disruptions that occur under normal operating conditions. The principle adopted in this
   work is to maximize the reuse of electrical energy generated during braking of the train,
   by other trains running on the line. First part is dedicated to the electrical modeling of an
   automatic metro line and development of methods to calculate power flows between trains
   and power substations. Then, optimization algorithms are introduced to perform optimization
   of the most influential operating parameters in an ideal configuration ignoring traffic
   fluctuations. Finally, a methodology based on learning simulation data is developed in order
   to achieve optimization of energy consumption integrating traffic disruptions in real time.
   This last part will thus purchase the objective to provide a decision support to determine
   optimal dwell times to be carried out by trains in each station, so as to maximize braking
   energy recovery.
   Keywords : Artificial intelligence, Dynamic optimization, Metaheuristics, Railway synchronization,
   Energy efficiency, Traffic regulation

1. "Mise en oeuvre optimale des solutions techniques pour l'insertion des productions exploitant les énergies renouvelables dans les réseaux de distribution"
   Héloïse DUTRIEUX, Ecole Centrale de Lille, Novembre 2015, url, résumé

   Méthodes pour la planification pluriannuelle des réseaux de distribution. Application à
   l'analyse technico-économique des solutions d'intégration des énergies renouvelables
   intermittentes.
   Résumé :
   Depuis les années 2000, les installations de production à base d’ENergie Renouvelable (ENR) se
   déploient largement dans les réseaux de distribution. L’insertion de cette production peut requérir des
   travaux de renforcement du réseau afin de respecter les capacités constructives des matériels et des
   exigences de sécurité et de qualité. Ces travaux pouvant être coûteux et longs à mettre en œuvre,
   plusieurs solutions alternatives sont aujourd’hui envisagées afin de réduire les coûts d’intégration des
   ENR dans ces situations. L’utilisation de telles solutions nécessite au préalable de réviser les méthodes
   de planification du réseau pour qu’elles puissent analyser leurs impacts technico-économiques. Ces
   travaux de recherche ont pour objet d’apporter un cadre adapté à l’étude des leviers d’intégration des
   ENR à l’aide de nouvelles méthodes pour la planification pluriannuelle des réseaux de distribution.
   Comparée à l’état de l’art, l’approche adoptée présente l’avantage d’estimer les performances de ces
   leviers à moyen/long terme en considérant : 1) le comportement du gestionnaire de réseau de
   distribution, modélisé sous la forme d’une stratégie de planification paramétrable, 2) les interactions
   entre les réseaux moyenne et basse tension, et 3) les incertitudes sur l’arrivée des ENR. Ces trois axes
   d’amélioration ont pu être abordés grâce à des méthodes de maîtrise du temps de calcul appliquées à
   l’estimation pluriannuelle de l’état électrique du réseau. Le potentiel de l’approche proposée est
   illustré via l’analyse technico-économique de plusieurs stratégies de planification incluant des leviers
   traditionnels et/ou des leviers d’effacement de production. Les travaux se concluent sur une première
   contribution concernant l’optimisation des stratégies de planification compte tenu des incertitudes sur
   l’arrivée des ENR.
   Mots clés : réseaux de distribution, énergies renouvelables, planification, alternatives au renforcement.
   Methods for the multi-year planning of distribution networks. Application to the technoeconomic
   analysis of the solutions for integrating intermittent renewable energy sources.
   Abstract:
   Renewable Energy Sources (RES) have been intensively developed in the distribution networks since
   the 2000s. The integration of this generation may require network reinforcements so as to satisfy
   equipment capacities and meet quality and safety requirements. As these network adaptations can be
   expensive and take time, several alternative solutions are now being considered in order to reduce the
   costs of integrating RES in these situations. The use of such solutions requires modifying the network
   planning methods so as to analyze their techno-economic impacts. This research aims to provide a
   suitable framework for the study of RES-integration solutions using novel methods for the multi-year
   planning of distribution networks. Compared to the state of the art, the proposed approach provides the
   advantage of assessing the performance of these solutions in the medium/long run by considering: 1)
   the behavior of the distribution system operator, which is modeled as a multi-variable planning
   strategy, 2) the interactions between medium- and low-voltage networks, and 3) the uncertainties on
   the arrival of new RES. These three points could have been addressed by applying methods of
   reducing computation time to the multi-year estimation of the electrical network state. The potential of
   the proposed approach is illustrated through the techno-economic analysis of several planning
   strategies including traditional solutions and/or generation curtailment. The research concludes with a
   first contribution to the planning strategy optimization by taking into account the uncertainties on the
   arrival of new RES.
   Key words: distribution networks, renewable energy, planning, alternatives to network reinforcement.

2. "Gestion énergétique optimale des installations fixes de traction électrique ferroviaire hybrides"
   Petronela BUZILA-PANKOVITS, Université Lille 1, Septembre 2015, url, résumé

   Résumé
   La croissance du trafic ferroviaire prévue dans les années à venir pousse les acteurs du système
   d'électrification ferroviaire à chercher des solutions innovantes leur permettant d'assurer la
   consommation d’énergie qui y est liée. Une des solutions concerne l'intégration de moyens de
   production décentralisés et des systèmes de stockage d'énergie dans les installations fixes de
   traction électrique (IFTE). Dans cette évolution, l a thèse vise à contribuer à la conception d'un
   outil de dimensionnement et de gestion énergétique intelligente des IFTE hybrides (IFTEH). La
   première partie décrit une méthodologie de conception technico-économique d’IFTEH. A partir
   d'une architecture générique d'IFTEH, une démarche d'optimisation sur cycle des variables
   dimensionnelles, mais également des variables de commandes du système de pilotage est
   proposée. La modélisation en flux d'énergie de l'IFTEH permet ensuite d’appliquer la
   méthodologie d’optimisation sur un cas d’étude et de comparer plusieurs scénarios
   d’optimisation. Après le dimensionnement de l'IFTEH, une méthodologie de gestion énergétique
   est développée afin de répondre aux objectifs énergétiques, économiques et environnementales, à
   différents horizons temporels de supervision d'IFTEH. Plusieurs scénarios de gestion sont évalués
   en simulation à travers des indicateurs de performance représentatifs des gains du système. Une
   étude d’optimisation des paramètres de supervision apporte des réponses concernant l’influence
   du dimensionnement du système sur la gestion énergétique. Enfin, la robustesse de la supervision
   énergétique d’IFTEH est analysée lors de la validation expérimentale à l’échelle de puissance du
   laboratoire.
   
   Mots-clés : sous-station ferroviaire hybride, production renouvelable, stockage d’énergie,
   modélisation, dimensionnement, optimisation, gestion énergétique, efficacité énergétique, marché
   de l'électricité.
   
   Abstract
   In railway traffic increasing and electricity market liberalization context, railway actors are
   determined to consider innovative solutions to handle the increasing energy demand for electrical
   traction. One of the solution concerns the integration of decentralized production and energy
   storage systems in the railway power substations (RPS). The present research work aims to
   contribute to the design of a sizing and intelligent energy management tool for the hybrid RPS
   (HRPS). In the first part of the dissertation, a methodology for the techno-economical design of
   the HRPS is described. From a HRPS generic architecture, an optimization approach is proposed
   by considering cycles of dimensional and system control variables. Furthermore, an energy flow
   model permits to apply the optimization methodology on a study case and to compare different
   optimization scenarios in order to analyze the sizing and optimal planning of electrical sources
   and loads for a typical day. After sizing the HRPS, an energy management methodology is
   developed in order to achieve energy, economic and environmental objectives at different time
   levels of HRPS supervision. Several energy management scenarios are evaluated in simulation
   through adapted system gain indicators. An optimization study of the supervision parameters
   provides additional answers concerning the influence of the system design on its management
   strategy. Eventually, the HRPS energy management robustness is analyzed during an
   experimental setup phase at laboratory power scale.
   
   Keywords : hybrid railway power substation, renewable energy, energy storage, system
   modeling, optimal design, energy management, energy efficiency, electricity market.

3. "Gestion énergétique d’une infrastructure de charge intelligente de véhicules électriques dans un réseau de distribution intégrant des énergies renouvelables"
   Anouar BOUALLAGA, Université Lille 1, Juin 2015, url, résumé

   Ré sume
   La crise énergétique et environnementale ont promu le gouvernement à prendre des mesures
   vigoureuses pour stimuler la transition énergétique et accélérer la croissance verte. Dans cette
   politique, les véhicules électriques (VE) constituent à terme une réelle réponse aux problématiques
   actuelles. Leur insertion dans le système électrique a poussé l’ensemble des acteurs et notamment
   les gestionnaires de réseaux de distribution à privilégier une modernisation des réseaux électriques.
   Assimilée à la thématique des Smart Grids, la thèse vise à apporter des éléments de réflexion au
   concept de la gestion de la demande appliquée aux VE. La première partie de ce travail expose une
   méthodologie d’évaluation de l’impact technico-économique des VE sur les réseaux de distribution
   HTA/BTA. Ensuite, pour soulever cette problématique, une prospection des services du pilotage de
   charge orientés réseaux et marché est menée en deuxième partie. Une démarche d’analyse des
   pistes de valorisation a permis de dégager les services à forte contribution économique. A ce titre,
   une méthodologie de conception de stratégies de supervision optimisées est proposée. Son
   application a permis de tirer des conclusions sur la valorisation financière et environnementale des
   effacements de charges de VE. Les résultats de simulation sont employés pour une étude de
   rentabilité technico-économique. Ensuite, le comportement des réseaux de distribution face aux
   algorithmes de supervision est étudié par une approche de co-simulation. Enfin, les principes Smart
   Grids sont analysés et validés via des expérimentations réalisées sur un démonstrateur hybride
   interfaçant un simulateur temps réel avec du matériel physique.
   Mots clés : Véhicule électrique, Gestion énergétique, Energie renouvelable, Réseaux de distribution,
   Marché de l’électricité, Services systèmes, Smart Grids, Expérimentations.
   Abstract
   Energy and environmental crisis have prompted the government to take strong measures to
   stimulate energy transition and accelerate green growth. In this context, electric vehicles (EVs) are
   considered as a real solution to deal with the current problems. Their integration into the electrical
   system promotes distribution system operators to develop smart solutions in this field. Concerning
   the Smart Grids concept, the present work aims to provide answers to a wide range of questions for
   demand side management program using plug-in EVs charging strategies. The first section of this
   PhD project, presents a methodology to assess technical and economic impacts of EVs charging on
   Medium and Low voltage distribution networks. Afterwards, analyses about the competitive EVs
   load management ancillary services are conducted in the third chapter. By comparing potential and
   opportunities of each ones, three ancillary services for electricity market contribution were
   selected. In this context, a methodology for designing energy management strategies is proposed.
   The latter is applied to the selected ancillary services to assess the financial contribution of the
   developed strategies. Environmental aspects and Wind-to-Vehicle concept are also evaluated.
   Furthermore, thanks to a co-simulation interface, the interactions between supervision strategies
   and real distribution networks are analyzed. The last section presents a Hardware-in-the-loop
   demonstrator using a real time simulator, smart meters and EVs charging stations. Through
   experiments, communication constraints and Smart Grids principles are evaluated and validated.
   Keywords : Electric vehicle, Energy management, Distribution networks, Renewable energy, Electricity
   market, Ancillary services, Smart Grids, Experiments.

4. "MODÉLISATION ET SIMULATION D’UNE LIAISON HVDC DE TYPE VSC-MMC"
   Hani SAAD, UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL, Mars 2015, url, résumé

   Le transport d’énergie en courant continu à haute tension (CCHT ou HVDC) est aujourd’hui en
   pleine expansion dans le monde. Deux principaux facteurs sont à l’origine de cet engouement. Le
   premier est lié à la difficulté de construire de nouvelles lignes aériennes pour assurer le
   développement du réseau à haute tension qui fait que le recours à des câbles souterrains est de
   plus en plus fréquent. Or l’utilisation de ces câbles est limitée en longueur à quelques dizaines de
   km à cause du courant capacitif généré par le câble lui-même. Au-delà de cette longueur limite, la
   solution consiste généralement à transporter en courant continu. Le second facteur est lié au
   développement de l’éolien offshore qui nécessite de raccorder des puissances de plusieurs
   centaines de MW au réseau continental au moyen de câbles dont les longueurs peuvent atteindre
   quelques centaines de km et ce qui nécessite donc le transport en HVDC.
   De façon concrète, plusieurs projets de transmission HVDC ont été planifiés par le gestionnaire
   du réseau de transport français RTE. Le projet INELFE, par exemple, est une interconnexion
   HVDC entre la France et l’Espagne, pour la transmission de 2,000 MW. Cette thèse est financée
   par RTE, dans le but de modéliser, simuler en temps réel et étudier les risques d’interaction entre
   ces liaisons HVDC.
   La particularité des ouvrages de transport en courant continu est de faire appel à un contrôle
   commande dédié qui va en grande partie déterminer le comportement dynamique de la liaison
   tant sur des grosses perturbations (défauts sur le réseau) qu’en régime de petites variations.
   Il existe différentes topologies VSC (Voltage Source Converter), comme les convertisseurs à
   deux niveaux, les convertisseurs multi-niveaux avec des diodes et les convertisseurs multiniveaux
   avec des condensateurs flottants. Toutefois, en raison de la complexité des commandes et
   des limites pratiques, les installations de système HVDC-VSC ont été limitées à des
   convertisseurs à deux niveaux et à trois niveaux. Récemment, la mise au point de la technologie
   modulaire appelé MMC (Modular Multilevel Converter [Siemens]-[Alstom]) ou CTL (Cascaded
   Two Level topology [ABB]) en fonction des industriels, a permis de surmonter les limites des
   autres topologies multi-niveaux pour les applications HVDC. Cette topologie est constituée de
   plusieurs sous-modules connectés en séries. Chaque sous-module contient deux IGBTs avec leurs
   diodes antiparallèles et un condensateur qui sert comme accumulateur d’énergie. La commande
   de ces IGBTs permet de connecter et de déconnecter le condensateur sur le réseau. Le
   regroupement de plusieurs sous-modules en série forme un demi-bras. Du coté triphasé, chaque
   phase est constituée de deux demi-bras. Des inductances sont ajoutées en série avec chaque demibras
   afin de limiter le courant de défaut.
   Compte tenu du nombre très élevé de composants semi-conducteurs dans ces nouveaux
   convertisseurs, il est très difficile de modéliser et simuler l'ensemble de ces composants dans un
   même environnement de simulation de type électromagnétique (EMT) qu'il fonctionne en temps
   différé ou en temps réel. Les modèles MMC détaillées comprennent la représentation de milliers
   d’IGBT/diode et doivent utiliser de petits pas de temps d'intégration numérique pour représenter
   avec précision les événements de commutation rapides et simultanés. Ceci devient encore
   particulièrement plus complexe pour effectuer des simulations en temps réel. La charge de calcul
   engendrée par ces modèles, met en évidence la nécessité de développer des modèles plus
   efficaces. Une tendance actuelle est basée sur des modèles simplifiés capables de fournir
   suffisamment de précision pour les simulations de type EMT, cependant la validité de ces
   modèles doit être évaluée.
   Le premier objectif de cette thèse est de modéliser des systèmes de transmission HVDC-MMC
   dans les programmes de type EMT pour des simulations en temps différé et en temps réel. Pour
   ce faire, tout d’abord, différentes approches de modélisation sont présentées, ensuite le système
   de contrôle-commande utilisé pour les liaisons HVDC est développé, et, enfin, un modèle MMC
   utilisant les technologies CPU (Central Processing Unit) et FPGA (Field-Programmable Gate
   Array) pour les simulations en temps réel est mise en œuvre. Ce projet de thèse est utile aux
   chercheurs et ingénieurs qui utilisent des outils de simulation transitoire pour la modélisation et
   l'analyse des réseaux électriques incluant des liaisons HVDC-MMC.
   Par ailleurs, les liaisons à courant continu en construction ou en projet en France, s'insèrent dans
   un réseau fortement maillé. C'est une caractéristique relativement nouvelle pour ces liaisons.
   L'impact de leur fonctionnement peut devenir très important sur les réseaux à courant alternatif et
   causer des modes de fonctionnement indésirables. Le deuxième objectif de cette thèse est donc de
   réaliser une analyse modale et une étude paramétrique afin d’évaluer les risques d’interactions
   indésirables entre les liaisons HVDC et leur réseau d’accueil.
   
   
   ABSTRACT
   High-voltage direct current transmission systems (HVDC) are rapidly expanding in the world.
   Two main factors are responsible for this expansion. The first is related to the difficulty of
   building new overhead lines to ensure the development of high-voltage AC grids, which makes
   the usage of underground cables more common. However, the use of such cables is limited in
   length to a few tens of km because of the capacitive current generated by the cable itself. Beyond
   this length limit, the solution is usually to transmit in DC. The second factor is related to the
   development of offshore wind power plants that require connecting powers of several hundred of
   MW to the mainland grid by cables whose lengths can reach several hundreds of km and
   consequently require HVDC transmission system.
   Several HVDC projects are currently planned and developed by the French transmission system
   operator RTE. One of such projects is the INELFE interconnection project, with a capacity of
   2,000 MW, between France and Spain.
   This thesis has been funded by RTE, in order to model and simulate in off-line and real time
   modes, modern HVDC interconnections. The delivered simulation means are used to examine
   targeted HVDC system performances and risks of abnormal interactions with surrounding power
   systems. The particularity of the INELFE HVDC system is the usage of a dedicated control
   system that will largely determine the dynamic behaviour of the system for both large
   disturbances (faults on the network) and small perturbations (power step changes).
   Various VSC topologies, including the conventional two-level, multi-level diode-clamped and
   floating capacitor multi-level converters, have been proposed and reported in the literature.
   However, due to the complexity of controls and practical limitations, the VSC-HVDC system
   installations have been limited to the two-level and three-level diode-clamped converters.
   Recently, the development of modular technology called MMC (Modular Multilevel Converter
   [Siemens] - [Alstom]) or CTL (Cascaded Two Level topology [ABB]) has allowed to overcome
   existing limitations. This topology consists of several sub-modules connected in series. Each submodule
   contains two IGBTs with antiparallel diodes and a capacitor that act as energy storage.
   The control of these IGBTs allows connecting and disconnecting the capacitor on the network.
   The grouping of several sub-modules in series forms an arm. From the AC side, each phase
   consists of two arms. Reactors are included in series with each arm in order to limit the fault
   current.
   The large number of IGBTs in MMCs creates complicated computation problems in
   electromagnetic transient type (EMT-type) simulation tools. Detailed MMC models include the
   representation of thousands of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) switches and must use
   small numerical integration time steps to accurately represent fast and multiple simultaneous
   switching events. This becomes particularly more complex for performing real-time simulations.
   The computational burden introduced by such models highlights the need to develop more
   efficient models. A current trend is based on simplified models capable of delivering sufficient
   accuracy for EMT-type simulations, however the validity range of such models must be carefully
   evaluated.
   The first objective of this thesis is to model HVDC-MMC transmission systems in EMT-type
   programs for off-line and real-time simulations. To fulfill this objective, different modelling
   approaches are presented, then the control system used for HVDC-MMC links is developed and
   finally the implementations of MMC models using both CPU (Central Processing Unit) and
   FPGA (Field-Programmable Gate Array) technologies for real-time simulations, are presented.
   The contributions are useful for researchers and engineers using transient simulation tools for
   modelling and analysis of power systems including HVDC-MMC.
   The HVDC links currently planned or constructed in France, are embedded in highly meshed
   networks and may have significant impact on their operations and performance. Therefore, the
   second objective of this thesis is to perform modal analysis and parametric studies to assess the
   risks of abnormal interactions between several HVDC links inserted in meshed AC networks.

1. "Modélisation Dynamique et Commande des Réseaux à Courant Continu Multi-Terminaux Haute Tension"
   Pierre RAULT, Ecole Centrale de Lille, Mars 2014, url, résumé

   ABSTRACT
   Offshore wind power could help European countries to reach their objectives in terms of
   renewable energy. Since offshore wind farms may be located far from the shore, HVDC
   transmission is the only viable solution to connect it to the shore. The connection of wind farm
   could be coupled with DC interconnections and reinforcements between AC systems to improve
   power transit flexibility and reliability. Before the achievement of such DC grids, control
   principles and protection scheme must be considered.
   This thesis deals with control and stability of Multi-terminal HVDC (MTDC) grid used to
   connect wind farms to several onshore injection points. This work discusses both the primary
   control methods to provide DC grid power balance and coordinated control methods to dispatch
   power as scheduled by TSOs.
   The literature review on primary control methods allows choosing the droop voltage
   method as the best candidate to control the DC grid. An in-depth analysis highlights the
   influence of the droop parameter and the DC storage elements on the DC grid dynamics and this
   leads to a methodology to size the droop parameter. Next the stability of DC grid alone is
   assessed by small signal stability analyses. Also, interaction origins between AC and DC systems
   are traced using modal analysis.
   Since, primary control act as converter level using local measurements, a master controller
   is proposed to manage the DC grid power flows. Based on steady study state considerations, this
   controller computes references to send to converter stations in order to restore the system at
   nominal value and to satisfy TSOs wishes: interconnections schedule power transits and wind
   power sharing.
   Finally, methods developed along the thesis are assessed on a multi-terminal mock-up. This
   is an hardware-in-the-loop mock-up where AC systems are simulated in real time and cables and
   some converters are real at low scale. The low scale mock-up is homothetic to a full scale system:
   electrical elements are the same in per unit, DC storage is also homothetic and converter’s
   controllers are tuned to achieve identical time responses. The mock-up is monitored by a
   SCADA system in which the coordinated control is implemented.
   KEYWORDS
   Control, Modeling, Modal analysis, High Voltage Direct Current (HVDC), Multi-Terminal
   DC (MTDC), Interactions AC-DC, Load-Flow, SCADA, Hardware In the Loop (HIL),Voltage
   Source Converter (VSC),

2. "Gestion des flux énergétiques dans un système hybride de sources d’énergie renouvelable : Optimisation de la planification opérationnelle et ajustement d’un micro réseau électrique urbain"
   Hristiyan KANCHEV, Ecole Centrale de Lille, Janvier 2014, url, résumé

   Gestion des flux énergétiques dans un système hybride de sources d’énergie
   renouvelable: Optimisation de la planification opérationnelle et ajustement d’un micro
   réseau électrique urbain
   Résumé
   L’objectif est de développer un algorithme de gestion énergétique d’un parc de production
   comprenant de la production distribuée sous forme de micro turbines à gaz et de générateurs PV
   pilotables dits «actifs » en vue de minimiser le coût économique et environnemental. Les principes
   généraux de la production d’électricité à base d’énergie renouvelable et non renouvelable sont d’abord
   présentés et le fonctionnement actuel des réseaux électriques est rappelé pour situer les innovations
   attendues dans les futurs réseaux dits intelligents. Ensuite, un algorithme de suivi du point de
   puissance maximale et de puissance limitée dans un générateur actif PV est présenté. La modélisation
   des micro-turbines à gaz est aussi présentée. La contribution principale concerne la conception d’une
   planification opérationnelle des moyens de production la veille pour le lendemain à partir de
   prédictions de la charge et de la production PV en utilisant une programmation dynamique adaptée. La
   méthode proposée prédétermine le profil de production des générateurs de manière à réaliser une
   optimisation globale d’une fonction objective pour un réseau électrique urbain. Pour l’exploitation, un
   algorithme d’ajustement est proposé et intervient toutes les ½ heures de manière à prendre en compte
   les déviations par rapport aux prédictions en utilisant un réseau de communication. Un micro réseau
   urbain est utilisé pour tester les algorithmes de gestion implantés dans un superviseur interfacé à un
   simulateur temps réel. Des comparaisons dans des situations identiques avec différentes fonctions
   objectives sont réalisées ainsi que des évaluations économiques et environnementales à l’aide
   d’indicateurs.
   Mots-clefs
   Réseau électrique, Planification opérationnelle, Optimisation, Energie renouvelable, Emission de
   dioxyde de carbone, Micro réseau, Photovoltaïque, Micro-turbine à gaz
   Energy management of a hybrid power system including renewable energy based
   generators: Optimization of the operational planning and the daily adjustment for an
   urban micro grid
   Abstract
   The presented research works aim to develop an energy management system for a cluster of
   distributed micro gas turbines and controllable PV generators called «active generators». The general
   principles of electricity generation from renewable and non-renewable energy sources are first
   presented. The operation of actual electric grids is also recalled in order to highlight the challenges and
   expected innovations in future Smart Grids. Then, the integration of a novel method for maximum and
   limited power point tracking in a PV-based active generator is presented. The modeling of micro-gas
   turbines in a microgrid energy management system is also presented. The main contribution of this
   thesis concerns the design of an operational planning of generators one day ahead by the means of a
   dynamic programming-based algorithm, taking into account the PV power production and the
   consumption forecasts. The proposed method calculates the production planning of generators by
   performing a global optimization of an objective function. An adjustment algorithm is proposed and
   executed every ½ hours through a communication network in order to take into account the
   uncertainty in forecasted values. An urban microgrid is used for testing the developed algorithms
   through Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) with hardware-in-the-loop and real-time
   simulations. Comparisons of the microgrid operation in identical situations with different objective
   functions are performed, as well as evaluations of economic and environmental indicators.
   Keywords
   Power system, Operational planning, Optimization, Renewable energy, Carbon dioxyde emission,
   CO2, microgrid, Photovoltaic, Gas microturbine

1. "Approche probabiliste pour l’évaluation de la fiabilité du système électrique intégrant des énergies renouvelables peu prévisibles"
   Minh Thang DO, Thèse de l’Université Lille1, Décembre 2012
2. "Évaluation de la performance des réglages de fréquence des éoliennes à l’échelle du système électrique : application à un cas insulaire"
   Ye WANG, Thèse de l’Ecole Centrale de Lille, Novembre 2012
3. "Optimisation de l’architecture et des flux énergétiques de centrales à énergies renouvelables offshore et onshore équipées de liaisons en continu"
   Pascal MONJEAN, ENSAM Lille, Octobre 2012, résumé

   In EU, the electricity production objective by using renewable energy in 2020 is 20
   %. Mostly offshore wind as well as tidal current and photovoltaic will contribute to achieve this
   objective. Considering the fact that offshore wind farms are more and more far away from the
   onshore grid, farm power production is higher and higher and recent improvements in power
   electronics lead to revise the electrical architecture. Several offshore wind farms electrical
   topologies are compared in order to define the more suitable in term of feasibility, efficiency and
   availability. A solution with DC grid is chosen given that it presents lower losses and DC-DC
   converters using high-frequency transformers reducing footprint, compared to classical AC
   solutions. Selected DC topology is modeled with particular attention to technological core of the
   wind farm: the Full-Bridge DC-DC converter. An interlacing control for DC-DC converter is
   explained in order to decrease the size of the filter. Two experiences at real (2 MW) and small
   scale (4 kW) allow to validate the models, the losses and controls integrated in the converter.
   Protections which can be used for DC grid are also studied with DC static breaker design
   proposal. Interactions between the real time simulator and 4 kW mock-up is realized to compare
   converters behavior from wind farm on large time scales. Different controls are tested and more
   particularly ones allowing to validate the wind farm capacity to remain connected to the grid
   during the AC faults. All strategies developed on wind offshore farms are extended to high
   power solar farms to highlight analogies between both renewable energies.

1. "Supervision, Economies et impact sur l’environnement d’un système d’énergie électrique associée à une centrale photovoltaïque"
   Firas ALKHALIL, ENSAM Lille, Novembre 2011
2. "Commande multimodèle optimale des éoliennes : Application à la participation des éoliennes au réglage de la fréquence"
   Nadhira KHEZAMI, Ecole Centrale de Lille, Octobre 2011
3. "Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration dans la gestion d’un réseau électrique. Apports des convertisseurs multi niveaux au réglage des éoliennes à base de machine asynchrone à double alimentation "
   Tarak GHENNAM, Ecole Centrale de Lille et Ecole Militaire Polytechnique d’Alger, Septembre 2011
4. "Supervision de sources de production d’électricité hybrides éolien/hydraulique dans les réseaux d’énergie interconnectés ou isolés"
   Mehdi NASSER, ENSAM Lille, Mai 2011

1. "Participation de parcs de production éolienne au réglage de la tension et de la puissance réactive dans les réseaux électriques"
   Amir AHMIDI, Ecole Centrale de Lille, Décembre 2010
2. "Conception et contrôle d’un générateur PV actif à stockage intégré. Application à l’agrégation de producteurs-consommateurs dans le cadre d’un micro réseau intelligent urbain"
   Di LU, Ecole Centrale de Lille, Décembre 2010
3. "Microreseaux ilotables : etude et coordination des protections des generateurs et du reseau"
   Fouad SALHA, Ecole Centrale de Lille, Novembre 2010
4. "Contribution du Stockage à la Gestion Avancée des Systèmes Électriques, Approches Organisationnelles et Technico-économiques dans les Réseaux de Distribution"
   Gauthier DELILLE, Ecole Centrale de Lille, Novembre 2010, url, résumé

   Des solutions innovantes doivent être développées pour envisager l’avenir des systèmes électriques face à un nombre grandissant de contraintes. En particulier, le stockage d’énergie est pressenti comme un soutien indispensable à l’essor massif dans les réseaux de distribution de sources de production exploitant les énergies renouvelables variables. Les présents travaux visent à apporter des éléments de réflexion sur cette option technique qui arrive à maturité et suscite l’intérêt.Dans un premier temps, des méthodes d’étude sont proposées pour cerner le potentiel et les opportunités du stockage distribué. Une grille d’analyse des technologies, orientée « réseaux », est introduite et sa mise en œuvre souligne des performances intéressantes à des coûts qui, cependant, demeurent élevés. Pour rendre leur utilisation réaliste, la valeur de ces dispositifs pour les systèmes électriques est donc critique. Ce point est examiné en deux étapes : une classification de leurs services pour les différents acteurs en présence est d’abord définie ; ensuite, la mutualisation de plusieurs fonctions, requise pour favoriser l’atteinte d’une rentabilité, est envisagée via une approche originale s’appuyant sur une matrice de synthèse services/localisations.Cette démarche aboutit à l’identification de configurations porteuses qui méritent des études plus poussées. Pour ce faire, un modèle général de comportement des unités de stockage est développé dans un second temps. Interfacé à un logiciel de simulation dynamique des réseaux, il permet d’évaluer finement l’utilisation de telles installations pour diverses offres de services. Dans le dernier chapitre du mémoire, la représentation proposée est validée expérimentalement et son intérêt est illustré sur le cas d’un usage nouveau : caractérisation d’une réserve impulsionnelle fournie par le stockage pour réduire les délestages dans les systèmes électriques insulaires. Avec la mise au point d’une grille d’analyse des technologies, d’une matrice services/localisations pour l’élaboration de portefeuilles d’applications et, enfin, d’un modèle dynamique général pour la conduite d’analyses fines, cette thèse propose une boîte à outils pour aider à appréhender la contribution du stockage distribué à la gestion avancée des systèmes électriques. --- Innovative solutions must be developed to make future power systems able to overcome a growing number of challenges. In particular, energy storage is thought to be the missing link that will help enable the massive integration of variable, renewable sources in distribution grids. The present research work aims to investigate this new technical option, which has reached maturity over the past few years and is currently attracting increasing attention.In the first part of the dissertation, general methods to assess the potential and opportunities of distributed energy storage are presented. A framework for characterizing storage technologies is defined and its use highlights interesting performances but high costs. That is why the benefits of such devices for power systems are crucial to their development. The study of this point is carried out in two phases: their applications for various stakeholders of liberalized power systems are first classified and precisely defined; the aggregation of some of these services to increase the profitability of energy storage is then contemplated using a new method, based on a locations vs. services matrix.This approach leads to the identification of several high-value configurations that deserve further exploration. To this end, a scalable, flexible model of distributed energy storage systems is proposed in the second part of the dissertation. Its implementation in a dynamic simulation software allows the study of advanced storage “service packs” in power systems. In the last chapter, this library of parametrized models is experimentally validated and the possibilities it offers are illustrated on a case study: analysis of the provision of a fast frequency control reserve by distributed energy storage systems to reduce the use of automatic load-shedding in isolated power systems.With the development of a grid-oriented framework for characterizing storage techniques, of a locations vs. services matrix to contemplate the aggregation of benefits and, finally, of a library of dynamic models dedicated to in-depth studies of storage applications, this thesis proposes a toolbox to help assess the participation of energy storage to the advanced management of power systems.

5. "Application des bond graphs à la modélisation et à la commande de réseaux électriques à structure variable"
   Roberto SANCHEZ, Ecole Centrale de Lille, Novembre 2010
6. "Intégration dans le réseau électrique et le marché de l’électricité de production décentralisée d’origine renouvelable : Gestion des congestions locales "
   Arnaud VERGNOL, Ecole Centrale de Lille, Novembre 2010
7. "Gestion décentralisée de réseaux continus à forte disponibilité en aéronautique"
   He ZHANG, Université Lille1, Juin 2010
8. "Reconfiguration du dispositif de commande d’une éolienne connectée à un micro réseau en cas de creux de tension"
   Ling PENG, Ecole Centrale de Lille et Tsinghua Unviversity, Juin 2010

1. "Formalisme pour la supervision des systèmes hybrides multi-sources de générateurs d’énergie réparties: application à la gestion d’un micro réseau"
   Peng LI, Ecole Centrale de Lille, Juin 2009
2. "Commande et Supervision Energétique d’un Générateur Hybride Actif Eolien incluant du Stockage sous forme d’Hydrogène et des Super-Condensateurs pour l’Intégration dans le Système Electrique d’un Micro Réseau "
   Tao ZHOU, Ecole Centrale de Lille, Juin 2009
3. "Intégration des éoliennes dans les réseaux électriques insulaires"
   Daniel MARIN, Ecole Centrale de Lille, Avril 2009

1. "Etude du système de conversion électromécanique d’une micro centrale hydroélectrique à vitesse variable"
   Stefan BREBAN, ENSAM et Université technique de Cluj-Napoca, Roumanie, Décembre 2008
2. "Supervision d’une centrale multi sources à base d’éoliennes et de stockage d’énergie connectée "
   Vincent COURTECUISSE, ENSAM, Novembre 2008

1. "Participation aux services système de fermes éoliennes à vitesse varaiable intégrant du stockage inertiel d’énergie"
   Arnaud DAVIGNY, USTL, 11 décembre 2007, Décembre 2007
2. "Contribution des convertisseurs multiniveaux au raccordement de la production d’origine éolienne sur un réseau électrique"
   Omar BOUHALI, Ecole Nationale Polytechnique d’Alger – Ecole Centrale de Lille, Avril 2007

1. "Système inertiel de stockage d’énergie associé à des générateurs éoliens."
   Gabriel CIMUCA, ENSAM - Université Technique de Cluj-Napoca Roumanie, Décembre 2005
2. "Système inertiel de stockage d’énergie associé à des générateurs éoliens"
   Gabriel CIMUCA, ENSAM, Décembre 2005
3. "- Production décentralisée dans les réseaux de distribution - Etude pluridisciplinaire de la modélisation pour le contrôle des sources "
   Emanuel MOGOS, ENSAM, Juillet 2005

1. "Modélisation de différentes technologies d’éoliennes intégrées dans un réseau moyenne tension"
   Salma EL AIMANI, ECL, Décembre 2004
2. "Apport du stockage inertiel associé à des éoliennes dans un réseau électrique en vue d’assurer des services système"
   Ludovic LECLERCQ, USTL, Décembre 2004
3. "Etude de l’intégration de la production décentralisée dans un réseau basse tension. Application au générateur photovoltaïque"
   Yann PANKOW, ENSAM, Décembre 2004