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Pôle de recherche RE-TI

Réseaux électriques – Transports intelligents

L’équipe

Responsable : SAUDEMONT Christophe

Nom – Fonction – Laboratoire

AITOUCHE Abdel – EC HDR – CRIStAL

ROBYNS Benoît – EC HDR – L2EP

SAUDEMONT Christophe – EC HDR – L2EP

ABBES Dhaker – EC – DR – L2EP

DAVIGNY Arnaud – EC – DR – L2EP

FLOREZ Diana – EC – DR –  L2EP

HENNETON Antoine – EC – DR

DELOUCHE David – EC – DR – PRISME

NASSER Mehdi – EC – DR – AT R&D L2EP

MOLLET Fabien – IR permanent – L2EP

BENSMAINE Fayçal – Post-Doc – L2EP

MIRON Cristian – Doctorant – CRIStAL

IDELLETTE JUDITH Hermine-Som – Doctorant – CRIStAL

LESEL Jonathan – Doctorant CIFRE Siemens – L2EP

SARABI Siyamak – Doctorant ADEME – L2EP

SHANZI Li – Doctorant – CRIStAL

ALARIDH Ibrahim – Doctorant – CRIStAL

VENTORUZZO Géraldine – Doctorant CIFRE Renault- L2EP

YAN Xingyu – Doctorant – L2EP

ZHANG Haibo – Doctorant – L2EP

Thèmes

Les réseaux électriques connaissent une évolution rapide pour répondre aux exigences d’accroissement important des sources de production d’électricité dispersées (aux conditions de fonctionnement intermittent), d’augmentation des exigences d’efficacité énergétique et de fiabilité de la fourniture d’énergie électrique, d’intégration des énergies renouvelables dans le marché libéralisé de l’électricité, et de maîtrise de la demande d’énergie électrique et des profils de puissance consommés.

Les réseaux de transport et de distribution de l’énergie électrique sont concernés, mais aussi à des degrés divers les réseaux internes aux unités industrielles et aux bâtiments, ainsi que les réseaux spécifiques des systèmes de transport et leurs réseaux embarqués. L’évolution vers des Smart Grids a pour but de satisfaire de façon « optimale » les exigences ci-dessus qui peuvent être contradictoires, et on traitera alors de l’Optimisation énergétique et de l’accroissement de la fiabilité des réseaux électriques (terrestres, offshores, embarqués et dans l’habitat) – Axe 1 du pôle RETI.

Dans le même temps, de façon transversale, la disponibilité des systèmes énergétiques et de transport, constitue un challenge primordial. Il ressort, par exemple, de l’évolution de ces systèmes un accroissement de l’information échangée, communiquée aux différents acteurs, et nécessaire à la gestion de l’ensemble. Aussi, il est nécessaire de développer des méthodes et des outils permettant à ces systèmes de poursuivre leur fonctionnement, même dans un mode dégradé, lorsque certains éléments viennent à faire défaut (capteurs ou actionneurs défaillants, défaillances process, …etc). On parlera alors de Systèmes tolérants aux défauts – Axe 2 du pôle RETI.

Groupes d’expertise

Réseaux électriques

Présentation

Les travaux menés au sein de cet axe, portent sur l’optimisation énergétique et l’accroissement de la fiabilité des réseaux de tout type (terrestre, offshore, embarqué, habitat, ferroviaire,…), en vue de répondre aux objectifs suivants :

·accroissement de l’intégration de la production décentralisée d’origine renouvelable, aux conditions de fonctionnement, par nature, irrégulières,

·accroissement de l’efficacité énergétique des systèmes électriques, depuis la production jusqu’à la consommation, ainsi que de la fiabilité de ces systèmes vis-à-vis de la fourniture en énergie électrique,

·exigence future d’intégration « naturelle » dans le marché de l’électricité des énergies renouvelables (EnR) et de la cogénération,

·maîtrise de la demande d’énergie électrique, plus particulièrement, les travaux portent sur la gestion optimisée des réseaux via le développement: de méthodes de supervision, d’optimisation et de planification ; d’approches multi-sources ; de l’évaluation de l’apport de systèmes de stockage de l’énergie ; d’architecture des réseaux ; d’intégration de systèmes de communication (en partenariat) ; d’analyses technico-économiques et de marché de l’électricité.

Les challenges

Selon la Commission européenne, les Smart grids pourraient contribuer à la réduction d’environ 9 % de la consommation énergétique de l’Union, d’ici un peu plus d’une dizaine d’années. Une part importante des challenges à relever au sein du pôle, découlent de cette évolution future des réseaux électriques. De façon globale, depuis le réseau de transport jusqu’au consommateur, nous pouvons identifier : (i) l’accroissement de l’efficacité énergétique des systèmes, (ii) l’injection, à tous les niveaux, d’intelligence et de communication, (iii) l’intégration de moyens de stockage d’énergie. Au niveau des réseaux de transport et d’interconnexion, nous identifions l’accroissement de l’intégration des énergies renouvelables à grande échelle, via de nouvelles architectures, de type HVDC (High Voltage Direct Current).

Au niveau des réseaux de distribution, parmi les challenges à relever, nous pouvons noter : (i) l’Intégration du Véhicule Electrique (EV) et du Véhicule Hybride Rechargeable (PHEV) (notion de « Vehicle to grid »), (ii) l’accroissement de l’intelligence de ces réseaux en vue d’une intégration accrue de la production locale renouvelable et d’une gestion intelligente de la demande par les consommateurs.

A un échelon inférieur, nous trouvons la création de zones, de quartiers, pouvant être autonomes énergétiquement. Devront être envisagés les défis suivants : (i) intégration de la production locale chez les consommateurs-producteurs (EnR, stockage, production prévisible), (ii) développement d’architectures de réseaux adaptées (micro-réseaux ou réseaux locaux), (iii) gestion active de la demande et développement de l’effacement diffus (rendus possibles grâce au développement de compteurs intelligents).

Enfin, les bâtiments eux-mêmes devront connaître des évolutions similaires : (i) intégration d’une production locale à base d’énergies renouvelables, (ii) développement de gestions énergétiques permettant une consommation la plus locale possible, (iii) possibilité de fournir de l’électricité au réseau, (iv) intégration du Véhicule Electrique (notion de « Vehicle to home »). Si nous regardons vers les réseaux électriques destinés à l’alimentation des systèmes de transport terrestres, tels que dans le ferroviaire : La croissance du trafic (fret, passagers) prévue dans les années à venir devra faire face à la consommation croissante d’énergie qui y est liée. Des solutions permettant de répondre à cette future demande tout en maitrisant à la fois la consommation et la facture énergétique devront émerger, telles que l’intégration de dispositifs de stockage d’énergie, de nouveaux moyens de production renouvelables et délocalisés. Ces systèmes seront interconnectés via des architectures nouvelles, et devront faire l’objet de gestions énergétiques adaptées et optimisées.

En ce qui concerne les réseaux électriques embarqués, les challenges découlent de la volonté de développer des réseaux électriques DC à échanges d’énergie, en vue d’accroître l’efficacité énergétique, de réduire les masses par un meilleur dimensionnement des systèmes de distribution de la puissance, …etc. On notera, parmi ceux-ci : (i) l’intégration de systèmes de stockage d’énergie, (ii) le développement de gestions énergétiques optimisées intégrant un degré suffisant de décentralisation, (iii) le développement de protections électriques adaptées.

Les partenaires industriels

→Intégration des Energies Renouvelables dans les réseaux: GB Solar, Maia Eolis, EDF, Seolis, Geredis, Helexia

→Intégration des Energies Renouvelables dans les bâtiments: Auchan, Eiffage Energies

→Intégration de systèmes de transport dans les réseaux : SNCF, Seolis, Geredis, Siemens, Renault

→Réseaux embarqués: Hispano-Suiza

Les projets de recherche

· CONIFER – Conception et Outils iNnovants pour un réseau électrique Intelligent appliqué au FERroviaire (ANR, ANRT, SNCF, L2EP, G2ELab, SERMA). Télécharger le poster: conifer-poster. Plus d’informations: http://www.conifer.fr/

· SACRE – Stockage par Air Comprimé pour le Réseau Electrique (ANR, EDF, Géostock, LMS, Promes, L2EP). Télécharger le poster: Poster_SACRE

· GESEDMA – Gestion et Echanges de Services Energétiques Décentralisés Multi-Acteurs (ADEME, AUCHAN, L2EP, Helexia, Geredis, Maia Eolis)

· GISEP – Gestion Intelligente des Sources d’Energie électrique intégrant du Photovoltaïque, des charges de bâtiments commerciaux et des procédés de stockage d’énergie (ADEME, AUCHAN, L2EP); Télécharger la plaquette: Plaquette GISEP

· HYBSTOCKPV – Hybridation du stockage de l’énergie électrique pour une intégration intelligente du photovoltaïque dans les réseaux électriques (MEDEE, GB Solar, L2EP)

· MEDEE7 – Gestion énergétique au sein des réseaux embarqués (MEDEE, ANRT, Hispano-Suiza, L2EP). Télécharger la plaquette: Plaquette MEDEE7

· OCESE – Optimisation du Couplage Energie Solaire et Eclairage à Leds dans les bâtiments tertiaires (ADEME, Eiffage Energies, L2EP). Télécharger la plaquette: Plaquette OCESE

· VERDI – Véhicules Electriques et Energies Renouvelables dans un Réseau de Distribution Intelligent (ANRT, Seolis, Geredis, Saintronic, L2EP, XLim) · Plus d’informations: http://www.verdi-grid.fr/

. V2G – Contribution du Vehicle-to-Grid (V2G) à la gestion énergétique des Véhicules Électriques et des Véhicules Hybrides Rechargeables (Ademe, SNCF, Seolis, Geredis, L2EP)

· Optimisation de la sécurité électrique des réseaux d’alimentation, des installations de charge et des véhicules électriques (ANRT, Renault, L2EP)

· Etude d’une architecture HVDC Série-Parallèle de ferme éolienne offshore (L2EP)

· Optimisation de la consommation énergétique d’une ligne de métro automatique prenant en compte les aléas du trafic à l’aide d’outils d’intelligence artificielle (ANRT, Siemens, L2EP)

· New strategies for the adjustment of an electrical smart grid via communication network using a probabilistic characterization of PV power variations (L2EP)

Systèmes tolérants

Présentation

L’un des enjeux au sein de cet axe est la conception de systèmes automatisés tolérants aux fautes à dynamique continue ou discrète, voire hybride avec connaissance du modèle analytique. La tolérance aux fautes de type active est abordée essentiellement en ligne, afin de mettre en place des algorithmes de surveillance pour caractériser l’état de fonctionnement des composants et du système, d’implanter des algorithmes de contrôle/commande pour que le système puisse continuer à remplir ses missions, éventuellement de façon dégradée, et de pouvoir modifier les objectifs (ou les missions) du système pour garantir la sûreté de fonctionnement si la commande ne le permet pas. La prise en compte des incertitudes de modèle, l’amélioration des performances de la commande tolérante, le calcul dynamique de nouvelles lois de commande tenant compte de l’architecture matérielle résiduelle et des objectifs de production, sont autant de challenges devant être relevés, malgré l’existence de contraintes telles que le besoin de calculer en ligne de nouvelles lois de commande, …etc. Les champs applicatifs de ces développements, au sein du pôle, concernent les transports et les systèmes énergétiques.

Projets de recherche

·SCODECE

http://www.scodece.org/

·Sûreté de Fonctionnement pour le contrôle/commande de systèmes : Internet des Objets

Les Challenges de l’axe Systèmes tolérants

De façon transversale, la fiabilité des systèmes énergétiques évoqués précédemment constitue un challenge primordial. En effet, il ressort de l’évolution de ces systèmes un accroissement de l’information échangée, communiquée aux différents acteurs (producteurs, consommateurs, intermédiaires), et nécessaire à la gestion de l’ensemble. Maintenir, voire accroître la fiabilité et la disponibilité des systèmes, implique le développement d’outils, de méthodes permettant la surveillance, la reconfiguration, le fonctionnement en mode dégradé, lors de l’apparition de défauts, de dysfonctionnements. Un défi à relever, au coeur de ces systèmes complexes, sera également la construction d’informations résultantes, à partir de données multiples issues, entre autres, de nombreux dispositifs de mesure répartis au sein des installations (mais aussi de données extérieures, de prévisions, …). Ces informations devront être élaborées avec une incertitude la plus réduite, en vue d’être utiles et exploitables à des fins de gestion et de prise de décision.

Plateformes expérimentales et logicielles

Plateforme Energie Electrique

Télécharger la plaquette : Plaquette Plateforme Energie Electrique

Dans le cadre de nos projets (assistance technique, thèse, post-doc, enseignement), nous attachons une importance particulière à la validation expérimentale.

Cette démarche 

• permet d’enrichir et de préciser nos méthodes et modèles,

• apporte une crédibilité supplémentaire à nos travaux,

• est plébiscitée et reconnue par nos partenaires industriels.

Exemples de projets testés sur la plateforme 

– Participation au réglage primaire de fréquence par une éolienne à vitesse variable

– Association d’une éolienne à vitesse variable à du stockage inertiel

– Connexion d’un système hybride hydro./ éolien à une charge ilotée

– Gestion d’un système hybride (dissipation et stockage d’énergie par supercapacité) pour un réseau local DC avion

– Gestion énergétique de bâtiments tertiaires équipés de panneaux photovoltaïques et d’éclairages LED

– Gestion de stockages hybrides (batterie et supercapacité),

– Gestion énergétique d’un réseau ferroviaire monophasé AC intégrant une sous-station hybride (stockage et sources renouvelables)

Equipements 

MACHINES (synchrones, asynchrones, DC) – SOURCES(Alimentations DC, transformateurs, 3 technologies de Panneaux Photovoltaïques) – EMULATEUR SOLAIRE – STOCKAGES (inertiel, batterie Li-Ion, supercapacité) – CHARGES (charges programmables, plans résistifs) – MESURES (oscilloscopes 2 et 4 voies, PXI, wattmètre 6 voies) – CONVERTISSEURS – EQUIPEMENTS SPECIFIQUES (transformateur Monophasé 1kHz – 4 kVA – Onde Carrée, éléments de filtrage) – BUS CAN – CARTES DE CONTRÔLE-COMMANDE EN TEMPS REEL

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