Academic literature on the topic 'Réseaux électriques (Énergie) – Modèles mathématiques'

Un bref aperçu historique des principaux modèles mathématiques permettant de calculer la distribution des flux d’énergie dans les réseaux électriques est présenté. Les raisons et conditions de choix d'un nœud d'équilibrage sont indiquées. La nécessité d'améliorer les modèles prenant en compte l'influence d'un nœud d'équilibrage sur la stabilité du fonctionnement du système électrique est notée.

RESUMENMinimizar el costo de la energía eléctrica en Zonas Francas de Colombia, es una necesidad apremiante por ser este un factor directamente relacionado con la competitividad de parques industriales que, bajo un régimen especial, promueven la entrada de nueva inversión al país. En este artículo se presenta una herramienta de optimización de la explotación de una planta de autogeneración que junto con la conexión convencional a la red eléctrica se usan como fuentes para el abastecimiento de energía de una Zona Franca. Bajo estas condiciones generales se ha valorado el beneficio de la condición hipotética de operación. Como herramienta computacional para resolver el modelo planteado usamos el Sistema General de Modelamiento Algebraico - GAMS - con la ayuda de MATLAB para agilizar el ingreso y procesamiento de datos.ABSTRACTMinimizing the cost of electricity in commercial areas of Colombia is one of the biggest needs of this economic sector covering the competitiveness of industrial parks that stimulates investment in this country. In this article, an optimization tool is described on the exploitation of a self- generation plant that together with the conventional connection to electrical networks is used as a source of energy to supply it to commercial areas. Under these general conditions, the advantage of operational hypothetic conditions has been evaluated. As a computational tool to determine this model, we apply the so- called General System of Algebra Model- GAMS- with the support of MATLAB to facilitate incomes and data processing.RESUMÉÉMinimiser le coût de l’énergie électrique dans les zones franches colombiennes est une nécessité urgente car ces zones représentent un facteur de compétitivité de l’économie locale et qui, en vertu d’un régime fiscal différent, favorisent l’entrée de nouveaux capitaux. Cet article présente un outil permettant l’optimisation de l’exploitation énergétique qui, grâce à des générateurs électriques utilisés comme sources d’approvisionnement en énergie de zone de libre-échange, améliore la connexion classique au réseau électrique. Dans ces conditions, la valeur ajoutée du bénéfice hypothétique de l’opération se trouve valorisée. L’outil de calcul informatique mis en place pour résoudre le modèle mathématique est le Système Général de Modélisation Algébrique - GAM – qui s’utilise à l’aide du MATLAB afin de simplifier la saisie et le traitement des données.RESUMOMinimizar o custo da energia elétrica em Zonas de Comércio Livre da Colômbia, é uma necessidade urgente por ser um fator diretamente relacionado com a competitividade de parques industriais que, em regime especial, promovem a entrada de novos investimentos no país. Neste artigo apresenta-se uma ferramenta para otimizar a explotação de uma planta de autogeração que junto com a ligacão convencional à rede elétrica são usadas como fontes para fornecer de energia uma Zona de Comércio Livre. O benefício da condição hipotética de operação foi valorado nestas condições gerais. Como ferramenta computacional para resolver o modelo proposto usou-se o Sistema Geral de Modelagem Algébrica - GAMS - com a ajuda de MATLAB para agilizar o ingresso e processamento de dados.

Avec le coût élevé de l'électricité, les centrales électriques ne sont plus rentables et les énergies renouvelables deviennent un domaine d'étude privilégié. Cela justifie qu'au Sénégal, on constate de plus en plus la création de centrales photovoltaïques et de petites installations domestiques afin de satisfaire les besoins en électricité. Cependant, nous constatons une limitation des terrains pour répondre à nos besoins pour l'installation de ces centrales solaires PV. La question est de voir avec le peu d'espace dont nous disposons comment optimiser au maximum la quantité d'énergie pour répondre à la demande ? Comme l'inclinaison des panneaux photovoltaïques est souvent fixe et que cela ne donne pas toujours une énergie optimale, nous avons pensé aux suiveurs solaires. L'objectif de ce travail est de comparer la puissance de sortie des deux panneaux PV, avec les mêmes caractéristiques et dans les mêmes conditions environnementales. Pour ce faire, nous procédons en calculant la puissance maximale disponible à la sortie d'un panneau photovoltaïque. Cela consiste à rechercher les modèles mathématiques qui permettent de calculer cette puissance. Pour choisir le modèle le plus proche de la puissance caractéristique donnée par le fabricant du panneau PV dans les conditions de test, nous avons écrit un programme sous l'environnement Matlab, les résultats de ce script distinguent ce modèle. Les caractéristiques du panneau PV choisi sont appliquées dans chaque cas d'installation photovoltaïque. Ces résultats ont montré que la production du panneau PV mobile est plus importante que celle du panneau PV fixe. Nous avons constaté que la puissance électrique du panneau PV mobile produit plus de 10 à 38% supérieure à celle du panneau PV fixe selon le jour du mois considéré.

La démocratisation des véhicules hybrides branchables ainsi que des véhicules purement électriques implique un surplus de demande sur les réseaux de distribution. Le Vehicle-to-Grid (V2G) ou le Vehicle-to-Building (V2B) visent à répondre à cette demande accrue en utilisant les véhicules non plus comme de simples charges pour le réseau électrique mais comme des acteurs effectuant des échanges bidirectionnels. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent, avec des données réelles du campus de l’Université Laval, une modélisation de flottes de véhicules et l’application d’un modèle d’optimisation linéaire que le V2B peut permettre de réaliser des gains financiers partagés entre les acteurs tout en rechargeant efficacement les véhicules participants.<br>The democratization of plug-in hybrid electric vehicles along with purely electric vehicles causes an increased electric demand on the power grid. Vehicle-to-Grid (V2G) or Vehicle-to-Building (V2B) aim to bring an appropriate response to this increased demand, by not simply considering vehicles as loads for the grid but as actors making bidirectionnal exchanges. The works presented in this master’s thesis show, with real data on the Université Laval campus, a modelling of vehicle fleets and the application of a linear optimization model, that V2B can provide financial gain shared between the actors of the system, while charging the vehicles efficiently.

Les réseaux électriques sont sujets aux aléas divers pouvant éventuellement mettre en péril leur sûreté. Des évènements résultants de l’aléa météorologique ou de la défaillance stochastique des composants du réseau tels qu’une fluctuation de températures hors saison ou la perte d’une unité de production, peuvent causer des déséquilibres inattendus entre l’offre et la demande et entraîner des délestages. Pour faire face à ces aléas, des marges de puissance ou "réserve" sont ménagées par rapport au strict équilibrage de l’offre et de la demande prévisionnelle. Cependant, déterminer la quantité de réserve suffisante pour une opération fiable et rentable est un problème difficile à résoudre, particulièrement en présence d’incertitude croissante due à la libéralisation du marché de l’électricité et à la pénétration à grande échelle des éoliennes sur le réseau. L’approche déterministe considère un niveau de réserve statique du jour pour le lendemain. L’énergie éolienne étant faiblement prévisible, de la réserve supplémentaire est requise pour pallier l’intermittence du vent. Parce que les éoliennes ne sont pas distribuables, les générateurs conventionnels ont été laissés sous pression en répondant aux variations larges et rapides de la charge nette du réseau. Étant données les contraintes de rampe qui limitent leur flexibilité, le bon fonctionnement du marché de l’électricité peut être altéré parce que les transactions d’énergie qui y sont contractées risquent de ne pas être réalisées en temps réel comme convenu pour des raisons de sécurité. Dans ce contexte, l’utilisation de l’approche déterministe à elle seule comme c’est le cas aujourd’hui, pourrait ne pas être économique ou fiable pour contenir les risques encourus; d’où la nécessité des méthodes sophistiquées basées sur une représentation plus complexe de l’incertitude. Cette thèse propose des solutions viables et efficientes à l’incertitude croissante dans l’opération à court terme des réseaux électriques en présence d’éoliennes à grande échelle et dans un contexte de compétition. Le caractère conservatif de la méthode déterministe a été grandement amélioré par une génération de réserve supplémentaire, contrôlable, et qui tient en compte l’aspect stochastique des éoliennes. La mutualisation des capacités via l’interconnexion permet d’alléger la contrainte d’équilibrage du réseau et de réduire les secousses autour des générateurs conventionnels. Afin de faciliter les transactions d’énergie sur le marché, des règles ont été élaborées pour inciter la mise en disponibilité des générateurs à larges paliers de rampes. Un problème combiné de la programmation des centrales et de transit optimal de puissance incorporant tous les objectifs sus-cités a été formulé. Traduit en programmation mixte quadratique car générant des solutions faisables dont le niveau d’optimalité est connu, celui-ci a été utilisé pour investiguer divers effets de l’interconnexion sur la réduction des coûts d’exploitations associés à plus d’éoliennes sur le réseau. Enfin et surtout, la capacité de notre modèle à résister aux contingences a été validée avec un modèle qui tient compte de l’aspect aléatoire des composants du réseau à tomber en panne. Ce qui nous a permis d’ajuster notre stratégie du marché du jour pour le lendemain par rapport à celui du temps réel. Notre modèle se distingue par sa rapidité et sa capacité `a révéler les coûts cachés de l’intégration des éoliennes dans les réseaux électriques.<br>Power grids are subject to a variety of uncertainties that may expose them to potential safety issues. Interruptions in electricity supply for instance, may result from an unseasonable temperature fluctuations or a power station outage, which are events of stochastic nature involving the weather or the failure of a component in the grid. The result may be sudden imbalances in supply and demand, leading to load interruptions. To plan for such unforeseen events, the grid carries ’reserve’, i.e., additional capacity above that needed to meet actual demand. However, scheduling the appropriate amount of reserve needed for a reliable and cost-effective grid operation is very challenging, especially in the context of increased uncertainties due to liberalization and the large-scale wind electric generators (WEGs) penetration to grid. Traditional grids assume a fixed knowledge of system conditions for the next day. Wind power being very poor to predict, an extra reserve generation to accommodate its uncertainty is required. Because WEGs aren’t built around spinning turbines, conventional units have been left stressed while responding to large and fast variations in the system net load. Given the temporal operating restrictions that limit their flexibility, the properly functioning of the electricity market can be altered as the energy transactions may not be carried out in realtime, exactly as agreed for security reasons. In this context, the use of the deterministic criteria alone as is the case today, may not be economical or reliable in limiting the risk of uncertainty; calling for sophisticated methods based on more-complex characteristics of uncertainty. This thesis proposes reliable and sound solutions to the increased variability and uncertainty in short-term power grid operations emanating from increasing the share of WEGs in the generation mix and competition from electricity markets. The conservativeness of the deter ministic method has been greatly improved with an adjustable extra generation reserve that accounts for the stochastic feature of WEGs. An inherent flexibility–design that attempts to reduce the onus placed on conventional units to balance the system has been considered. In doing so, the jerkings around these units while responding to large and fast variations in the system net load have been considerably mitigated. Adequate market policies that incentivize flexible resources to make their units with higher ramp rates available to follow dispatch signals have been crafted, thereby avoiding potential reliability degradation or costly out-ofmarket actions. A combined Security Constrained Unit Commitment (SCUC) and Optimal Power Flow (OPF) optimization problem that encompasses all the above mentioned goals has been formulated. Translated into a Mixed Integer Quadratic Programming (MIQP) problem that can return a feasible solution with a known optimality level, the SCUC-OPF engine has been used to investigate various effects of grids integration on reducing the overall operating costs associated with more wind power in the system. Last but not least, the effectiveness of our model to withstand contingencies has been done with a probabilistic model benchmark that accounts for the random nature of grid failure. This allows the adjustment of the Day- Ahead Market (DAM) strategy with respect to the Real-Time Market (RTM). Our model is proven to be more acceptable as it is time-saving, and has particular implications for wind integration studies as it can reverse the hidden cost of integrating WEGs to grid.

L’objectif de ce travail consiste à évaluer les possibilités des convertisseurs multi niveaux pour le raccordement de systèmes de génération à base d’éolienne intégrant un système de stockage. Tout d’abord, la modélisation et la commande pour le raccordement d’une source sont étudiées. Classiquement le convertisseur utilisé pour réaliser la connexion au réseau est contrôlé de manière à réguler le bus continu intermédiaire. L’utilisation d’un convertisseur de topologie NPC nécessite l’équilibrage du bus continu. Une solution basée sur l’utilisation des configurations redondantes est proposée. Ensuite, la généralisation pour la modélisation et la commande d’un onduleur triphasé multi niveaux est développée. L’unité de stockage est utilisée pour réguler le bus continu et compenser les fluctuations de puissance de l’éolienne. La supervision énergétique de cette association de deux sources est réalisée. Le domaine de fonctionnement est déterminé. Différentes possibilités de connexion de ces deux sources sont développées et évaluées expérimentalement. Enfin, l’utilisation d’un convertisseur utilisant quatre condensateurs en série pour le bus continu est développée pour le raccordement d’un système multi sources. Diverses possibilités de raccordement sur ce bus continu sont abordées. Le système de supervision des puissances qui est rendu nécessaire pour chaque cas est également présenté<br>This work deals with the evaluation of the possibilities which offers the multilevel converters for the connection of a wind generation system including a storage system. First of all, modeling and control of the connection are given. Classically, the grid converter is controlled to regulate the intermediate continuous bus. The use of a NPC converter topology requires the balancing of the DC-bus voltage. A solution based on the redundant configurations is proposed. Then, the modeling and the control of a three-phase multilevel inverter are presented by extending the presented concepts, which are established by using the vectorial mathematical tools. The storage unit is used to control the continuous bus and consequently compensate the fluctuations of the wind power. The energy supervision of the association of both sources is presented and the operation range is given. Various possibilities of the connection of both sources are proposed and evaluated. Experimental validations are given. Finally, the use of a converter using four series capacitors in the DC-bus is developed for the multi source system connections. Various possibilities of connection on this continuous bus are investigated. The supervision system of the powers for each case is also given

Dans ce travail, une solution pour que des systèmes de génération, à base d'éolienne associée à du stockage inertiel d'énergie, puissent participer aux réglages du réseau est présentée. II comporte trois parties. La première partie traite des générateurs éoliens et des réseaux électriques. Elle est divisée en trois chapitres. Le chapitre 1 présente un état de l'art des générateurs éoliens les plus couramment connectés au réseau électrique français. Le chapitre 2 présente le système électrique français et son exploitation. Le chapitre 3 résume les problèmes d'intégration de l'éolien dans les réseaux. La seconde partie présente le système de génération proposé pouvant participer au réglage de la tension, contribuer au réglage de la fréquence et fonctionner en îlotage. Sa modélisation et sa commande y sont développées. La structure présentée se compose d'un générateur éolien associé à un système de stockage inertiel qui se comporte comme une source de tension à l'aide d'une régulation utilisant des correcteurs résonnants. Cette section est divisée en trois parties. Le chapitre 4 présente le générateur éolien. Le chapitre 5 traite du système de stockage inertiel. Le chapitre 6 développe l'interface de raccordement au réseau du système de génération. La troisième partie présente des résultats numériques et expérimentaux de la configuration retenue pour le système de génération. Elle est décomposée en deux chapitres. Le chapitre 7 illustre, à l'aide de simulations numériques réalisées à l'aide du logiciel MatIab - Simulink, le comportement du système de génération connecté à différentes topologies de réseau. Différents superviseurs permettant de gérer l'état du stockage inertiel, en tenant compte de la puissance débitée par le générateur éolien, sont présentés. L'objectif de cette gestion est de disposer d'une réserve d'énergie lors d'une sollicitation du réseau (passage d'un fonctionnement en réseau connecté à un fonctionnement en îloté, participation éventuelle au réglage primaire de fréquence. . ). Les actions d'un superviseur simplifié, développé dans de précédents travaux, et de superviseurs proposés dans ce travail, utilisant la logique floue, seront illustrées et comparées. Le chapitre 8 présente des résultats expérimentaux de la configuration retenue; obtenus au moyen d'un banc d'essais de 3 kW, qui permettront de valider le fonctionnement du système proposé en fonctionnement îloté sur charge équilibrée et déséquilibrée. Enfrn le mémoire se termine par une conclusion et des perspectives.

Les graphes sont des objets mathématiques abstraits utilisés pour modéliser les interactions entre les éléments constitutifs des systèmes complexes. Cette utilisation est motivée par le fait qu’il existe un lien fondamental entre la structure de ces interactions et les propriétés macroscopiques de ces systèmes. La théorie de la percolation offre un paradigme de choix pour analyser la structure de ces graphes, et ainsi mieux comprendre les conditions dans lesquelles ces propriétés émergent. Les interactions dans une grande variété de systèmes complexes partagent plusieurs propriétés structurelles universelles, et leur incorporation dans un cadre théorique unique demeure l’un des principaux défis de l’étude des systèmes complexes. Exploitant une approche multitype, une idée toute simple mais étonnamment puissante, nous avons unifié l’ensemble des modèles de percolation sur graphes aléatoires connus en un même cadre théorique, ce qui en fait le plus général et le plus réaliste proposé à ce jour. Bien plus qu’une simple compilation, le formalisme que nous proposons augmente significativement la complexité des structures pouvant être reproduites et, de ce fait, ouvre la voie à plusieurs nouvelles avenues de recherche. Nous illustrons cette assertion notamment en utilisant notre modèle pour valider et formaliser certaines intuitions inspirées de résultats empiriques. Dans un premier temps, nous étudions comment la structure en réseau de certains systèmes complexes (ex. réseau de distribution électrique, réseau social) facilite leur surveillance, et par conséquent leur éventuel contrôle. Dans un second temps, nous explorons la possibilité d’utiliser la décomposition en couches “k-core” en tant que structure effective des graphes extraits des systèmes complexes réels. Enfin, nous utilisons notre modèle pour identifier les conditions pour lesquelles une nouvelle stratégie d’immunisation contre des maladies infectieuses est la stratégie optimale.<br>Graphs are abstract mathematical objects used to model the interactions between the elements of complex systems. Their use is motivated by the fact that there exists a fundamental relationship between the structure of these interactions and the macroscopic properties of these systems. The structure of these graphs is analyzed within the paradigm of percolation theory whose tools and concepts contribute to a better understanding of the conditions for which these emergent properties appear. The underlying interactions of a wide variety of complex systems share many universal structural properties, and including these properties in a unified theoretical framework is one of the main challenges of the science of complex systems. Capitalizing on a multitype approach, a simple yet powerful idea, we have unified the models of percolation on random graphs published to this day in a single framework, hence yielding the most general and realistic framework to date. More than a mere compilation, this framework significantly increases the structural complexity of the graphs that can now be mathematically handled, and, as such, opens the way to many new research opportunities. We illustrate this assertion by using our framework to validate hypotheses hinted at by empirical results. First, we investigate how the network structure of some complex systems (e.g., power grids, social networks) enhances our ability to monitor them, and ultimately to control them. Second, we test the hypothesis that the “k-core” decomposition can act as an effective structure of graphs extracted from real complex systems. Third, we use our framework to identify the conditions for which a new immunization strategy against infectious diseases is optimal.

L'objectif principal de cette thèse est de proposer des méthodes permettant de prendre en compte la variation en fonction du temps des paramètres de fonctionnement et de dysfonctionnement pour les études de sûreté de fonctionnement des postes électriques. Un modèle permettant de tenir compte de toutes ces variations est une modélisation par chaînes de Markov non homogènes (CMNH), objet mathématique peu étudié jusqu'a présent dans le domaine de la sureté de fonctionnement. Dans un premier temps, les différences majeures entre les processus de Markov homogènes et non-homogènes sont établies. En particulier, le temps d'entrée a une moyenne finie sous des conditions bien plus complexes que dans le cas homogène. Nous avons donc passé en revue tout un ensemble d'indicateurs de fiabilité et plus généralement de performativité, exprimés d'abord en terme de chaînes de Markov non homogènes quelconques, puis dans un cas particulier de type cyclique. Nous avons également donné des éléments pour l'analyse de l'erreur provoquée par l'utilisation d'un modèle homogène comme approximation d'un modèle non-homogène. Une partie importante du travail est aussi le développement de mesures de performativité spécifiques aux systèmes électriques, en intégrant non seulement les effets des défaillances mais également des mesures de type "cout" beaucoup plus riches. D'autres sujets fondamentaux sont abordés, tels que les processus markoviens non-homogènes ou les processus semi-markoviens, pour compléter le parcours d'outils mathématiques disponibles dans le domaine. Finalement, nous montrons, chiffres à l'appui, l'apport que l'on peut attendre des modèles non-markoviens par rapport aux processus markoviens classiques, sur un cas réel de système électrique.

L’objectif de cette thèse est d’étudier, d’analyser et de développer un système multisource appartenant à un micro-réseau DC avec la prise en considération de quelques aspects de la qualité de l’énergie. Le chapitre I présente l’intérêt du réseau intelligent afin d’assurer la meilleure coordination entre la production d’électricité distribuée et la consommation électrique. En vue de la prédiction, un modèle purement expérimental de la source photovoltaïque est développé et présenté dans le chapitre II. Par ailleurs, afin d’extraire la puissance maximale de la source photovoltaïque, un algorithme classique est amélioré et comparé énergétiquement avec trois autres méthodes. Dans le chapitre III, les éléments de la sécurisation du système multisource, soit le stockage électrochimique et le réseau public, sont caractérisés. Dans le cas d’un déficit du stockage, le réseau public est utilisé pour assurer l’alimentation de la charge, mais aussi pour évacuer le surplus d’énergie. Le chapitre IV est consacré au contrôle du système multisource et à sa validation expérimentale. La commutation entre les éléments de la sécurisation du système global fait l’objet d’une stratégie de gestion d’énergie dans laquelle la priorité est donnée au stockage caractérisé par son état de charge. Grâce à cette stratégie, la faisabilité technique du système multisource est expérimentalement validée. Le chapitre V présente quelques aspects portant sur l’amélioration de la qualité de l’énergie : du côté réseau public un correcteur résonnant est proposé, du côté bus continu on élimine la puissance pulsante par l’injection de son opposé à l’aide du stockage électrochimique<br>The objective of this thesis is to study, analyze and develop a multisource system belonging to a DC micro-grid with consideration of some aspects of the power quality. Chapter I presents the interest of the smart grid to ensure better coordination between distributed generation and power consumption. Having in view the prediction, a purely experimental model of photovoltaic source is developed and presented inChapter II. Furthermore, in order to extract the maximum power of the photovoltaic source, a classical algorithm is improved and the extracted energy is compared with three other methods. In Chapter III, the security system elements, the electrochemical storage and the public grid, are characterized. In the case of a storage shortage, the public grid is used to supply power to the load, but also trade back excess energy. Chapter IV presents the control of multisource system and its experimental validation. The energy management strategy taken into account is based on switching between the elements which secure the multisource system. For this, the priority is given to storage characterized by its state of charge. Thanks to this strategy, the technical feasibility of the multisource system is experimentally validated. Chapter V gives some aspects related to the improvement of the power quality: for the public grid side, a resonant controller is proposed, for the DC bus side, the pulsating power is eliminated by injecting the opposite signal supplied by the electrochemical storage

En France, le projet de Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) publié début 2019 prévoit de multiplier par 4 ou 5 la capacité de production d’énergie photovoltaïque en moins de 10 ans. Dans ce contexte de forte demande en énergie « propre », d’un réseau électrique à fort taux d’énergie renouvelable (ENR) (jusqu’à 30% en 2030 en France) et d’expansion du solaire, ceci nécessite d’installer de nombreuses grandes centrales photovoltaïques (PV) de l’ordre de quelques centaines MW chacune. Or, au regard des surfaces requises, le développement des grandes centrales solaires au sol peut engendrer des conflits d’usage avec les terres agricoles et affecter la biodiversité. La question des terrains disponibles à cette utilisation devient donc cruciale.L’objectif de cette thèse est de présenter et d’étudier une solution qui répond à cette problématique : profiter de surfaces linéaires, s’étendant sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres, comme les pistes cyclables, les bordures d’autoroute, les voies ferrées… pour installer des systèmes PV de fortes puissances. Ces surfaces potentielles ont pour avantages d’être très présentes, exploitables pour le PV et pas chères. L’installation de nouveaux types de centrales PV linéaires va ouvrir des opportunités, mais par contre, elles auront aussi des challenges à relever, comme les contraintes techniques spécifiques, à caractériser et étudier.Les travaux de cette thèse vont, entre autres, consister à définir et optimiser l’architecture électrique de ces grands systèmes photovoltaïques linéaires innovants. Elle se divise en six chapitres :- Le premier chapitre présente l’état de l’art et le contexte énergétique de l’énergie renouvelable, de l’énergie solaire et des systèmes PV linéaires.- Dans le deuxième chapitre, nous développons un outil de modélisation qui doit être à la fois précis, fiable, robuste et qui peut s’adapter à chacun des besoins en simulation de la thèse. Dans ce chapitre, nous présentons les modèles Matlab/Simulink détaillés de tous les composants principaux d’un système PV typique.- Dans le troisième chapitre, nous constituons d’abord, à partir des modèles détaillés des composants développés dans le chapitre précédent, un modèle complet d’un système PV. Après avoir vérifié la fiabilité de ce modèle, nous l’utilisons pour modéliser différentes architectures électriques d’une grande centrale PV linéaire afin d’estimer les performances relatives de chacune d’elles, d’étudier les exigences ou limites techniques et de déterminer des architectures innovantes et plus performantes pour ce nouveau type de système PV.- Dans le quatrième chapitre, nous concevons un outil d’optimisation efficace afin de traiter des problèmes d’optimisation technico-économique des grands systèmes PV linéaires, car les aspects financiers sont toujours prépondérants dans la conception d’une centrale et de ses composants.- Au cinquième chapitre, nous exploitons les contributions avantageuses que peuvent apporter les systèmes PV linéaires de forte puissance occupant un territoire sur une longueur notable vis-à-vis des services pour le réseau électrique. Six différents services auxiliaires seront abordés : le réglage de fréquence, le réglage de tension, l’amélioration de la stabilité du réseau, la capacité de support en cas de court-circuit, la gestion de congestion et la compensation des pertes de transport d’électricité.- Enfin, la thèse se termine par une conclusion sur les points innovants et les avantages que les centrales PV linéaires offrent pour répondre à de réels besoins et procurer des bénéfices, choses que les architectures classiques ne peuvent pas proposer. Nous faisons aussi un point sur les limites de la politique énergétique et de la technologie actuelle vis-à-vis de ce nouveau type de système PV et ouvrons quelques perspectives qui pourront faire suite à cette recherche<br>In France, the Multiannual Energy Programming project published in early 2019 plans to multiply by 4 or 5 the production capacity of photovoltaic energy in less than 10 years. In this context of strong demand for "clean" energy, an electricity network with a high rate of renewable energy (ENR) (up to 30% in 2030 in France) and the expansion of solar energy, many large photovoltaic (PV) plants of the order of a few hundred MW each have to be installed. However, because of the required surfaces, the development of large-scale ground-mounted solar power plants can lead to conflicts of use with agricultural land and affect biodiversity. The question of the land availability for this use therefore becomes crucial.The objective of this thesis is to present and study a solution that can respond to this problem: take advantage of linear surfaces, extending from hundreds of meters to tens, or even hundreds of kilometers, and only a few meters or few tens of meters large, such as cycle paths, motorway edges, railways, river dikes, etc. to install high-power PV systems. These potential surfaces have the advantages of being very present in Europe and throughout the world, exploitable for PV and inexpensive (because of little value for other uses). The installation of new types of linear PV plants will open up opportunities but on the other hand, they also have challenges to face such as technical problems to identify and study.The work of this thesis will, in particular, consist in defining and optimizing the electrical architecture of these large-scale innovative linear photovoltaic systems, according to criteria related to energy performance, operating reliability and installation, maintenance costs because so-called classical architectures are unsuitable here. This thesis will also aim to identify the services contributed by these plants to the electricity network. It is divided into six chapters:- The first chapter presents the state of the art and the energy context of renewable energy, solar energy and linear PV systems.- In the second chapter, we develop a modeling tool, which must be at the same time precise, reliable, robust and which can be adapted to each of the simulation needs of the thesis. In this chapter, we present detailed Matlab / Simulink models of all major components of a typical PV system.- In the third chapter, we first constitute, from the detailed models of the components developed in the previous chapter, a complete model of a PV system. After verifying the reliability of this model, we use it to model different electrical architectures of a large-scale linear PV plant in order to estimate the relative performance of each of them, study the technical requirements or limits and determine innovative and more efficient architectures for this new type of PV system.- In the fourth chapter, we design an efficient optimization tool in order to deal with technical and economic optimization problems of large-scale linear PV systems, since financial aspects are always preponderant in the design of a plant and its components.- In the fifth chapter, we exploit the advantageous contributions that high power linear PV systems occupying a territory over a significant length can make regarding the services for the electricity network. Six different auxiliary services, or even system services are discussed: frequency adjustment, voltage adjustment, improvement of network stability, support capacity in the event of a short-circuit, congestion management and compensation of electricity transmission losses.- Finally, the thesis ends with a conclusion on the innovative points and the advantages of linear PV plants to offer the possibility of responding to real needs and provide benefits that conventional architectures cannot. We also make a review of the limits of current policy and technology regarding this new PV system type and open some perspectives that may follow this research

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, la 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<br>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

Le réseau de distribution électrique français, construit dans une optique de desserte d'électricité depuis les centrales de production en amont, vers les consommateurs en aval, est aujourd'hui le lieu de transits d'énergie multi-sens et dont la charge instantanée dépend à la fois des consommations et des productions locales. Il faut donc moderniser les modèles d'exploitation des réseaux actuellement utilisés.C'est dans ce contexte que le gestionnaire du réseau de distribution de la Vienne SRD, et les différentes équipes du laboratoire LIAS, ont cherché à mettre en place un outil d'optimisation des schémas d'exploitation des réseaux de distribution d'électricité de la VIENNE.Dans cette thèse, le trnvt1il s'est porté principalement sur la modélisation du problème et non sur les méthodes de résolution. En effet, le contexte industriel du développement de l'outil d'optimisation du réseau a permis de se rapprocher au mieux de la réalité des informations disponibles concernant le réseau électrique. Et il est apparu plus pertinent d'utiliser des méthodes de résolution exactes tout en recherchant à simplifier le modèle complexe de représentation du réseau électrique. Ainsi,un modèle simple d'optimisation basé sur le problème de Bot à coût minimum a été mis en place et une étude comparative a été réalisée avec les modèles complexes présents dans la littérature.Ce premier modèle a été reformulé et rendu convexe et quadratique, et permet ainsi d'obtenir des performances supérieures en terme de temps de résolution à solution égale. Le problème d'optimisation simplifié a aussi été élaboré pour permettre de prendre en compte un horizon de temps dans l'optimisation du réseau électrique', afin de prendre en compte des profils de consommation et de production au cours du temps. En effet, ceci permet ainsi de prendre en compte des variations liées au comportement des consommateurs et des producteurs reliés au réseau.Et pour finir. ces modèles d'optimisation ayant pour objectif d'être inséré dans un outil d'aide à la décision pour une utilisation dans un contexte industriel. différentes contraintes liées à l'exploitation des réseaux électriques ont été insérées au modèle.Différents cas d'études issus de la littérature sont présentés pour valider la pertinence du modèle au regard des méthodes existantes. Nous avons pu expérimenter en simulation notre optimisation de réseau sur données de réseaux réels, ce qui a démontré l'applicabilité de la démarche à des problèmes de tailles importantes correspondant à la réalité du réseau électrique de SRD<br>The French electrical distribution network was originally built to bring electricity from very large producers to consumers, but it has now become a place of multi-directional energy flows that rely on local production and consumption. Because of this new situation, the way of operating electrical networks needs to be renewed. In light of this, the local Distribution System Operator (SRO) of the French department Vienne and the different teams of the LIAS laboratory have worked together on the development of a distribution network configuration optimization tool. In this thesis the majority of the work was focused on the modeling part of the problem rather than on the development of new optimization methods. The industrial root of this project gave the opportunity to be very close to the reality of the available network data. Based on those observations,it was more consistent to use exact and precise optimization methods to solved simplified versions of the complex electrical network models.Thus a simple optimization model based on the minimum cost flow problem was developed, and a comparative study between the developed model and state of the art more complex one was led. This simple model was reformulated to become convex and quadratic and to reach better resolution time performances with the same solutions. This optimization problem was developed to take into account a time horizon factor into the optimization of the operation planning of the distribution network. The time horizon factor aim to represent the production and consumption variation over a selected period. Finally. because this model has to be integrated into a decision making helping tool that will be used by the DSO SRD several operational constraints were added into the optimization model. Several state of the art case studies arc presented to validate the model accuracy regarding existing methods. Simulation experiments were done on real networks data to show the applicability of the proposed optimization model over large scale case studies which correspond to the DSO SRO reality