Optimisation de la gestion de l’énergie dans les micro-réseaux électriques hybrides avec adjonction de services au réseau de distribution

L’objet de la recherche portera sur l’élaboration d’un micro-réseau DC maillé, technologie considérée comme accélératrice et disruptive pour ces architectures de nouveaux réseaux associées aux convertisseurs d'électronique de puissance, adéquate et judicieuse sur cette cible. Ces micro-réseaux DC offrent de nombreux avantages par rapport aux réseaux AC traditionnels, notamment dans le contexte de la transition énergétique et de la décentralisation de la production d'énergie. Ils permettent une intégration plus facile et surtout locale des sources d'énergie renouvelable et offrent des économies substantielles grâce à la réduction des pertes d’énergie, sur le transport et les conversions entre AC et DC. Cela est particulièrement pertinent pour les systèmes utilisant des énergies renouvelables (solaire) et le stockage d’énergie (batteries), qui fonctionnent naturellement en DC. Ce projet s’inscrit pleinement dans la transition énergétique et contribue à la mutation des architectures des réseaux électriques.

L’intégration de systèmes multi-sources d’énergie renouvelable dans le mix énergétique a acquis une maturité depuis quelques années, que ce soit d’un point de vue scientifique ou technologique. L’objectif d’un tel système est d’assurer, en partie, l’autonomie énergétique d’un site tout en restant économiquement et écologiquement viable, dans le cadre d’une autoconsommation et sur le concept de communauté d’énergie. L’efficience d’un tel ensemble s’appuiera en premier lieu sur le perfectionnement des algorithmes d’optimisation d’extraction de la puissance photovoltaïque (PV) maximale dans des conditions d’irradiation variable ou d’ombrage, la conception de topologies et de commandes avancées de convertisseurs de puissance dédiés en moyenne et haute tension sur les étages d’adaptation ou pour l’interfaçage sur les réseaux. Ainsi, ce micro-réseau DC maillé devra évaluer la pertinence d’intégrer et de développer des convertisseurs en base ou moyenne tension DC (MVDC), mais aussi des convertisseurs DC/AC pour l’interfaçage avec les réseaux de distribution. Cette notion de topologie de puissance regroupée sous la terminologie de « hub énergétique » est intéressante puisque la production, la consommation et le stockage de l’énergie électrique se retrouvent au sein d’une même structure avec une isolation galvanique possible. Ces chaînes de conversion seront associées à une gestion optimale et à la régulation des flux d’énergie. Elles devront répondre aux exigences de protection, de fiabilité et démontrer des qualités de résilience et d'efficacité économique. Elles devront être en mesure également d’apporter des services système, de la flexibilité et de supporter une interconnectabilité avec d'autres micro-réseaux.

Principaux objectifs :

§ Intégration des sources renouvelables photovoltaïques, du stockage, de production décarbonée et des charges dans un micro-réseau DC connecté ou non ;

§ Utiliser une approche modulaire pour permettre une intégration et une configuration flexibles des convertisseurs d’électronique de puissance ;

§ Faciliter l'intégration des convertisseurs de puissance avec les infrastructures existantes et futures du micro-réseau ;

§ Déployer des départs DC pour raccorder des équipements nativement en DC ;

§ Rendre efficient économiquement un système de production d’énergie renouvelable solaire et son utilisation en circuit court par le développement d’une optimisation de l'architecture et une gestion optimale multi-objectifs des flux d’énergie ;

§ Assurer la stabilité de la tension, la qualité de l'énergie en tout point d'un micro-réseau connecté ou non et répondre aux exigences de protection et de fiabilité ;

§ Echanges d’information fiabilisés et associés au système de supervision et avec ajout de services systèmes et de flexibilités pour le réseau électrique.

Présentation des équipes de recherche :

LIAS - Equipe : Automatique & Systèmes

Le LIAS travaille depuis une vingtaine d’année sur des applications liées au conditionnement de l’énergie électrique et qui sont également des matières dispensées sur les deux écoles d’ingénieurs (ENSIP et ISAE-ENSMA) sur lesquelles il s’appuie. Bien reconnu dans la communauté traitant les aspects de gestion de la qualité de l’énergie électrique, de l’intégration des énergies renouvelables et des systèmes multi-sources, le LIAS, par ses applications, est naturellement ouvert au secteur des sciences pour l’ingénieur. Dans les projets engagés, les chercheurs en électronique de puissance et électrotechnique travaillent en synergie avec les automaticiens et informaticiens du laboratoire à la fois sur des solutions innovantes d’architectures d’électronique de puissance, d’optimisation et de dimensionnement d’architectures des systèmes de puissance multi-sources et sur les stratégies de commande des différents convertisseurs afin de maximiser la puissance produite et opérer une répartition judicieuse entre les modules de stockage, la demande de consommation ou l’injection sur le réseau. Cela relève d’une résolution de deux problématiques : une d’optimisation multicritère et l’autre d’une commande multi-objectif.

ESTIA Recherche - EneR-GEA

Le groupe EneR-GEA de l’ESTIA mène depuis plus de deux décennies des activités de recherche dans les domaines des énergies renouvelables, du stockage et de la distribution de l’énergie électrique. Ses compétences couvrent le génie électrique, l’automatique et l’électrotechnique.

Les travaux du groupe portent principalement sur l’intégration des sources d’énergie renouvelable et des systèmes de stockage dans les micro-réseaux et les réseaux électriques faiblement interconnectés.

Pour mener ces recherches, EneR-GEA s’appuie sur des outils de prototypage rapide, une plateforme micro-réseau conçue pour répondre à une grande variété de problématiques liées aux systèmes d’énergie hybrides — qu’il s’agisse de leur conception, de leur commande ou de leur interaction avec un réseau principal — ainsi que sur un démonstrateur “Building Micro-Grid” dédié à l’expérimentation et à la validation de solutions innovantes.

Compétences attendues du candidat(e) : Formation en Génie Électrique, Automatique et informatique industrielle

Issu d’une formation en Génie Électrique, le/la candidat-e devra avoir une bonne connaissance des architectures d’électronique de puissance et d’électrotechnique pour la maîtrise de l’énergie électrique et des méthodes de commande avancées pour piloter ces systèmes. Ce sujet requiert donc des compétences pluridisciplinaires en électronique de puissance, électrotechnique, automatique, réseaux électriques et en informatique industrielle pour la simulation et l’implémentation en temps réel des algorithmes de commande. Des notions et une expérience sur le logiciel scientifique Matlab-Simulink^TM sont souhaitées. Le/La candidat-e devra avoir une approche méthodique et rigoureuse dans la conduite de ses investigations et un intérêt réel pour le fonctionnement en équipe. Une bonne maîtrise de l’anglais est indispensable.

Niveau exigé :

Le/La candidat-e devra posséder un niveau Bac+5 et être titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d’un Master de recherche dans le domaine concerné.

Conditions de Travail :

La thèse se déroulera sur deux pôles de recherche distincts puisque c’est une cotutelle de thèse :  

• Laboratoire d’Informatique et d’Automatique pour les Systèmes (LIAS) École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Poitiers (ENSIP) - Université de Poitiers (86000)
• Laboratoire Génie Électrique et Automatique au Service des Énergies Renouvelables (EneRGEA-ESTIA Recherche) - École Supérieure des Technologies Industrielles Avancées (ESTIA) de Bidart (64210).