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Efficacité énergétique : Contrôle et gestion des nouveaux dispositifs de génération d'énergie

Nous vous rappelons que, afin de garantir l'accès de tous les inscrits aux salles de réunion, l'inscription aux réunions est gratuite mais obligatoire.

Inscriptions closes à cette réunion.

Inscriptions

11 personnes membres du GdR ISIS, et 44 personnes non membres du GdR, sont inscrits à cette réunion.
Capacité de la salle : 58 personnes.

Instructions pour une demande de mission par le GdR ISIS

Le GdR ISIS prend en charge les déplacements des organisateurs des réunions et des orateurs. Le GdR prend aussi en charge les déplacements des participants aux réunions membres d'un laboratoire adhérent du GdR dans la limite d'un doctorant et d'un permanent par laboratoire académique et par réunion, ou d'une personne par adhérent du club des partenaires et par réunion.

La plus grande partie du budget du GdR ISIS est consacrée à la prise en charge de ces missions. Pour que le GdR puisse financer le plus grand nombre de réunions, les participants à ces réunions sont vivement incités à choisir les billets les moins chers. Seuls les billets de train ou d'avion en deuxième classe, non échangeables et non remboursables sont pris en charge. Le GdR se réserve le droit de refuser une demande de billet dont le prix excède la moyenne des prix couramment pratiqués pour le trajet de la mission.

Pour le transport et pour l'hébergement, vous êtes priés d'utiliser le portail SIMBAD du CNRS si vous en avez la possibilité. Cela est en particulier obligatoire si vous êtes membre d'une unité CNRS (UPR, UMR, UMI, URA, FRE). Les réservations d'hôtel sont possibles si la réunion dure plus d'une journée ou si le lieu d'habitation le justifie. Dans le cas où le laboratoire n'est pas une unité CNRS, merci d'envoyer votre demande de prise en charge de la mission à l'adresse DR01.SoutienUnites@cnrs.fr en précisant que la mission relève du GdR ISIS. Si vous utilisez votre véhicule personnel pour une distance supérieure à 300 kilomètres (aller+retour), le GdR ISIS ne rembourse pas vos frais de transport.

Les demandes de mission et les réservations sur le site SIMBAD doivent impérativement être effectuées au moins deux semaines avant la date de la mission.

Aucun remboursement de frais de transport ou d'hôtel avancés par l'agent ne peut plus être effectué au retour de la mission.

Annonce

L'évolution démographique conduisant à une augmentation des consommations d’énergie, il s’ensuit de nouveaux besoins et attentes en matière de mix énergétique, de gestion de l’énergie et de la consommation de l’énergie pour respecter les enjeux environnementaux de demain.

Comment aller vers l'efficacité et la sobriété énergétique, quelle trajectoire pour atteindre le mix énergétique en 2025, dans le respect des engagements climatiques de la France, quels choix en matière d’Energie Renouvelable (EnR) et de nouvelles technologies de l'énergie, …

Toutes les ressources doivent être mobilisées (éolien, solaire thermique et photovoltaïque, biomasse, hydraulique, énergies marines, géothermie…) et combinées pour répondre aux besoins de chauffage, d’électricité, de mobilité, de production industrielle. L'objet de cette journée thématique est d’appréhender les actions de recherche mettant en avant l'efficacité énergétique sous l'angle des problématiques technologiques (du ressort du GdR SEEDS), des problématiques de contrôle, d'observation, de diagnostic et monitoring (GdR MACS), ainsi que des problématiques de mesure et de traitement du signal (GdR ISIS).

Organisateurs :

Patrice Wira (Université de Haute Alsace, patrice.wira@uha.fr), Malek Ghanes (ECS-Lab, ENSEA, malek.ghanes@ensea.fr), Mikael Hilaret (Femto-ST, Université de Franche-Comté)

Appel à présentations :

Nous organisons une réunion inter GT/GdR (GT, inter GdR CSE) le 12 juin 2014 à Telecom ParisTech et faisons un appel aux personnes intéressées pour présenter leurs travaux autour du thème général de l’efficacité énergétique, à savoir :

Merci d'envoyer par mail aux organisateurs, un titre, les auteurs et un cours résumé avant le 20/05/2014.

GdR ISIS

Patrice Wira
MIPS, Université de Haute Alsace (
patrice.wira@uha.fr)

GdR MACS

Malek Ghanes
ECS-Lab, ENSEA (
ghanes@ensea.fr)

GdR SEEDS

Mickael Hilairet
FEMTO-ST, Université de Franche Comté (
mickael.hilairet@univ-fcomte.fr)

 

 

Programme

  9h15    Accueil 

09h30-10h00

Identification fractionnaire d’une PEMFC en vue de son diagnostic en temps réel

Miassa Taleb, Emmanuel Godoy, Olivier Bethoux

10h00-10h30

Non-Intrusive Load Monitoring - Key Technology for 2020

Philipp Klein, Jean Mercklé, Dirk Benyoucef

10h30-11h00

Hybrid Dynamic Data-driven Approach for Predictive Diagnosis of Wind Turbines

Houari Toubakh, Moamar Sayed-Mouchaweh

11h00-11h30

De la production d'énergie à base de sources renouvelables à l'injection sur un réseau de distribution tout en améliorant la qualité de l'énergie au point de connexion

Jean-Paul Gaubert, Sébastien Cauet, Patrick Coirault

11h30-12h00

Analyse, diagnostic et pronostic appliqué aux piles à combustibles

A. Picot, J. Régnier, P. Maussion, C. Turpin

12h0-14h00

Déjeuner

14h00-14h30

Gestion énergétique coordonnée des systèmes multisources – application aux véhicules électriques

Waleed Nwesaty, Antoneta Iuliana Bratcu, Olivier Sename

14h30-15h00

Diagnostic et pronostic de la pile à combustible

Marine Jouin, Rafael Gouriveau, Daniel Hissel, Marie-Cécile Péra, Noureddine Zerhouni

15h00-15h30

Modélisation dynamique pour optimisation des modes de fonctionnement de la production de froid d’un bâtiment à énergie positive

Florian Simon

15h30-16h00

Micro-réseau urbain optimisé et contrôlé par supervision multicouche pour un meilleur couplage au réseau intelligent

Manuela Sechilariu, Fabrice Locment

16h00-16h30

Utilisation de la flexibilité de la charge pour participer au contrôle de la tension sur les réseaux de distribution

Yujun He et Marc Petit

 

 

Résumés des contributions

Exposé 1 : 09h30-10h00

Identification fractionnaire d’une PEMFC en vue de son diagnostic en temps réel

Auteurs : Miassa Taleb, Emmanuel Godoy (Supelec), Olivier Bethoux (LGEP)

L’industrie des véhicules électriques voit apparaitre de nouveaux prototypes basés sur la technologie PàC. Afin de permettre leur utilisation pour la production de masse, des obstacles technologiques doivent encore être surmontés, tels que la gestion de l'eau. Ce problème peut être résolu en suivant l’état de fonctionnement de la pile. Ce qui implique une connaissance précise du comportement du système et exige des modèles fiables, capables de renseigner l’utilisateur sur l’état interne du système en temps réel. L'analyse de l'impédance de la pile à combustible est une solution intéressante permettant d’identifier des défaillances au travers de leurs signatures en déformation de spectre d’impédance. Le spectre d’impédance présente des pentes de 45° dans certaines bandes de fréquences ne pouvant être reproduit par des modèles linéaires. Cela sous-entend que des modèles d’ordre fractionnaire seraient plus adaptés pour décrire le système pile. Dans cette présentation, nous abordons l’identification d’une impédance de pile à partir de données expérimentales réalisées sur un banc dédié à la caractérisation d’une PEMFC. Les mesures utilisées sont les réponses temporelles en tension à une excitation de type SBPA centrée sur un courant de polarisation. On compare les résultats obtenus avec des modèles linéaires et fractionnaires. Ces résultats sont également comparés à ceux issus d’une spectroscopie d’impédance associée à une identification fréquentielle du modèle fractionnaire.

Exposé 2 : 10h00-10h30

Non-Intrusive Load Monitoring - Key Technology for 2020

Auteurs : Philipp Klein (Hochschule Furtwangen University, Germany), Jean Mercklé (Université de Haute Alsace), Dirk Benyoucef (Hochschule Furtwangen University, Germany)

In the future buildings will be optimized for the use of renewable, locally available energy sources much more extensively than today. A fundamental requirement is the optimization of highly interconnected energy concepts with special emphasis on the transparent flow of energy. Non-Intrusive Load Monitoring will allow for a convenient and comprehensible way of displaying energy flows by disaggregating the energy consumption down to individual electric loads.

Exposé 3 : 10h30-11h00

Hybrid Dynamic Data-driven Approach for Predictive Diagnosis of Wind Turbines

Auteurs : Houari Toubakh, Moamar Sayed-Mouchaweh (Mines, Douai)

The wind turbine operation and maintenance costs (O&M) depend on the reliability of its components. Thus, a critical task is to detect and isolate faults, as fast as possible, and get back to optimal operating conditions in the shortest time. In this presentation, a data-driven approach is proposed for predictive diagnosis of wind turbines, in particular the pitch sensors and actuators. The role of the latter is to adjust the blade pitch by rotating it according to current wind speed in order to optimize the wind turbine power production. The fault prediction of pitch actuators is a challenging task because of the high variability of the wind speed, the confusion between faults and noise as well as outliers, the occurrence of pitch actuator faults in power optimization region in which the fault consequences are hidden and the actions of the control feedback which compensate the fault effects. To achieve this task, the proposed approach is based on five steps: preprocessing and data analysis, classifier design, monitoring, updating and interpretation steps. The pre-processing and data analysis aims at finding features, sensitive to the system operating conditions. These features are then reduced to find the most informative combination of them leading to separate the different wind turbine operating modes (normal and faulty). This combination represents the feature space in which the operating modes are characterized as compact zones called classes. The classifier is designed by using the classification method k nearest prototypes. This classifier is used to determine the class of a new incoming pattern characterizing the current operating mode (normal/faulty). The purpose of the monitoring step is to detect an evolution of the system operating conditions from normal to faulty modes. The updating step aims at revising the k prototypes according to the change of operating mode’ characteristics. Finally, the interpretation step looks to achieve short-term fault prediction about the tendency of the future development of the current situation. This prediction is useful to formulate a control action to modify the dynamics of a system in order to force it to return to normal operating conditions or to achieve maintenance actions. A wind turbine simulator is used to validate the performance of the proposed approach.

Exposé 4 : 11h00-11h30

De la production d'énergie à base de sources renouvelables à l'injection sur un réseau de distribution tout en améliorant la qualité de l'énergie au point de connexion

Auteurs : Jean-Paul Gaubert, Sébastien Cauet, Patrick Coirault (LIAS)

Dans un contexte de mutation importante des moyens de production et de distribution de l’énergie électrique, un des défis est d’optimiser les chaînes énergétiques pour capturer les énergies renouvelables (EnR) et adapter les réseaux de distribution actuels, essentiellement basse tension pour ce qui nous concerne, avec ces productions décentralisées et intermittentes. Cette évolution conduira au concept des futurs réseaux électriques qui engloberont de l’intelligence à partir des nouveaux compteurs communicants (smart meters) et autoriserons la circulation de flux d’information pour la gestion et pour une plus grande interactivité entre producteurs et consommateurs (Smarter Grids). Même si tous les secteurs d’activités sont concernés, nos actions s’intéressent essentiellement à deux domaines : l’habitat résidentiel ou tertiaire, retenue pour son fort potentiel d’installation et de production d’électricité décentralisée et les réseaux de distribution électrique sur l’aspect qualité énergétique. Nos travaux se rapportent aux systèmes de production d’EnR avec pour objectif de concevoir des architectures et des chaînes de conversion adaptées à la fois aux systèmes multi-sources (solaire photovoltaïque et éolien) et dans des  configurations avec ou sans stockage et connecté ou non à un réseau de distribution. Les principaux thèmes abordés concerneront le contrôle des systèmes de production EnR et plus particulièrement: - modélisations et élaborations de commandes avancées des convertisseurs de puissance pour la gestion des flux énergétiques : approches par suivi de consignes ou rejet de perturbations ; - adjonction des algorithmes de compensation active en plus de celui de l'extraction de la puissance maximale (MPPT) dans le cas d'une MPPT globale pour un générateur photovoltaïque ; - optimisation de l’extraction de puissance des structures de production décentralisée (solaire PV et éolien) dans des conditions défavorables.

Exposé 5 : 11h30-12h00

Analyse, diagnostic et pronostic appliqué aux piles à combustibles

Auteurs: A. Picot, J. Régnier, P. Maussion, C. Turpin (LAPLACE)

La génération électrique par pile à combustible (PAC) constitue une solution très prometteuse dans notre futur paysage énergétique. Mais la fiabilité et la durabilité de ces dernières restent à améliorer afin de pouvoir envisager une large utilisation. Cette présentation propose un tour d'horizon des travaux menés au laboratoire LAPLACE autour du diagnostic des PAC: analyse des mécanismes internes, diagnostic par identification paramétrique et modélisation de l'impact des conditions opératoires par plans d'expériences.

Exposé 6 : 14h-14h30

Gestion énergétique coordonnée des systèmes multisources – application aux véhicules électriques

Auteurs : Waleed Nwesaty, Antoneta Iuliana Bratcu, Olivier Sename (GIPSA-Lab)

Nous abordons la conception d’une stratégie de gestion des flux de puissance au bord des véhicules électriques de puissance moyenne, dont le système d’alimentation est composé de différentes sources électriques : pile à combustible, batterie et super-condensateur. Chacune des sources est spécialisée à travailler dans une certaine zone fréquentielle, i.e., la pile à combustible fourni sa puissance en bas fréquence, tandis que le super-condensateur jeu son rôle en haute fréquence, la batterie fournissant la parti moyenne fréquence. Le système est bilinéaire ; il est transformé par linéarisation dans un système linéaire à des paramètres variants. A cette fin, nous proposons les techniques de commande multi-variable robuste de type LPV (linear parameter varying)/H∞ afin de spécifier la dynamique du courant de chaque source dans sa zone fréquentielle de préférence, en contribuant ainsi à la prolongation de sa durée de vie. Chaque source électrique est couplée avec un convertisseur DC-DC, les trois convertisseurs étant couplés en parallèle à un bus DC commun qui alimente le moteur électrique du véhicule jouant le rôle de la charge. La tension de ce bus DC doit être maintenue autour de 150 V avec ±10% d’erreur acceptable. Les trois sources sont coordonnées pour fournir la puissance demandée par la charge quel que soit le cycle de conduite. Le système complet est simulé numériquement sur MATLAB®/Simulink® en utilisant 2 cycles des conduites : le cycle européen normalisé (NEDC) et un cycle de conduite proposé par IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux). Une démarche de validation en temps réel sur un banc dédié est en cours.

Exposé 7 : 14h30-15h00

Diagnostic et pronostic de la pile à combustible

Auteurs : Marine Jouin, Rafael Gouriveau, Daniel Hissel, Marie-Cécile Péra, Noureddine Zerhouni (FEMTO-ST)

Parmi les différents types de piles à combustible, la PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) est un convertisseur d’énergie très prometteur du fait de ses nombreuses possibilités d’applications. De plus, elle utilise de l’hydrogène et de l’air pour produire de l’électricité, de l’eau et de la chaleur, faisant d’elle une source d’électricité non polluante. Cependant, la durée de vie trop courte de ces systèmes en freine le déploiement à grande échelle. Aussi, l’utilisation de techniques de Prognostics and Health Management (PHM) semble prometteuse pour mieux appréhender les mécanismes de dégradation des PEMFC et en accroitre la durée de vie. La modélisation, toujours empirique, est complétée pour suivre au mieux l’évolution temporelle de la puissance délivrée par la pile à combustible. Les paramètres, variables aux cours du temps, sont extraits des données et trouvent une signification physique ; ils sont le reflet de phénomènes électrochimiques ou de dégradations. Cette identification des paramètres est réalisée grâce à la méthode des moindres carrés et tient compte de la longueur d’apprentissage. L’ensemble permet d’initialiser un modèle de pronostic composé de 4 filtres particulaires. Ce modèle permet la prédiction du comportement de la pile et l’estimation de sa durée de vie résiduelle (Remaining Useful Life : RUL). Les résultats obtenus sont assez satisfaisants. Le pronostic est réalisé avec une erreur inférieure à 5%, moyennant cependant une longueur d’apprentissage suffisamment longue (environ 1000 h). Ce type de prédiction laisse une marge de décision très confortable de plusieurs centaines d’heures et offre une base solide à la suite du travail : introduire l’influence du courant et des profils de mission variables au modèle de pronostic.

Exposé 8 : 15h00-15h30

Modélisation dynamique pour optimisation des modes de fonctionnement de la production de froid d’un bâtiment à énergie positive

Auteurs : Florian Simon (société MANASLU Ing.)

La révolution qu’a connue le bâtiment au cours de ses dernières années sur la prise en compte de ses consommations énergétiques a remis en cause les règles de l’art des professionnels de la construction et des équipements. Alors que l’estimation des besoins est de mieux en mieux maitrisée avec la prise en compte dynamique des apports solaires, la planification des consignes, des occupations et apports internes, la modulation de la ventilation et la gestion de l’éclairage, les moyens mis en place pour répondre à ces besoins restent définis avec des méthodes inadéquates comme le dimensionnement statique et l'optimisation in-vivo par itérations.

La co-simulation dynamique du bâtiment et de ses systèmes permet une nouvelle approche du dimensionnement, de la conception des systèmes et de l’optimisation des lois de contrôle des systèmes pour parvenir à atteindre concrètement des consommations énergétiques minimales. Seront présentées l’étude de l’optimisation d’un ensemble de production de froid présentant un groupe froid eau/eau (pouvant être by-passé en mode free-cooling) relié à une tour aéro-réfrigérante adiabatique. Un ballon tampon permet de découpler la production et la distribution vers trois circuits de distribution ayant chacun leur mode de fonctionnement propre.

Exposé 9 : 15h30-16h00

Micro-réseau urbain optimisé et contrôlé par supervision multicouche pour un meilleur couplage au réseau intelligent

Auteurs : Manuela Sechilariu, Fabrice Locment (AVENUES-GSU, Université de Technologie de Compiègne)

Face à la demande d’intégration des énergies renouvelables d'origine photovoltaïque au futur réseau intelligent, cet article présente un système de gestion intelligente d’énergie électrique au sein d'un micro-réseau DC urbain. La supervision multicouche, interface entre le réseau électrique intelligent et le micro-réseau, propose et traite des stratégies optimisées de contrôle de la production et la gestion de la demande d’énergie. Le micro-réseau proposé répond aux problèmes du réseau électrique tels que les pics de consommation et les injections indésirables Le verrou scientifique principal réside dans la difficulté d’optimisation globale liée aux risques de décalage entre prédictions et réalité d’exploitation, d’une part, et la nécessité de prendre en compte des contraintes imposées par le réseau public, d’autre part. Les résultats du test expérimental prouvent la faisabilité technique et valident la conception.

Exposé 10 : 16h00-16h30

Utilisation de la flexibilité de la charge pour participer au contrôle de la tension sur les réseaux de distribution

Yujun He et Marc Petit (Supelec)

Le taux de pénétration de la génération d’énergies distribuées (GED) dans les réseaux électriques augmente rapidement ces dernières années. Le caractère intermittent de ce type de production non-conventionnelle impacte le fonctionnement du réseau (réserve de puissance, gestion de la tension en distribution, protection), les gestionnaires de réseau sont amenés à renforcer leurs réseaux pour augmenter la capacité d’accueil de ces énergies. Une solution pour répondre à une partie de ces questions est de profiter de la flexibilité de la charge présente sur le réseau. Les charges flexibles comportent, par exemple, les charges thermiques pour le chauffage et le refroidissement ainsi que les véhicules électriques (VE). L’augmentation des VE et autre moyens de déplacement (bus, tram) est prévisible à cause des enjeux contre la pollution liée aux moyens de transport. Le pilotage de ces charges devient possible dans un contexte de réseaux intelligents au futur.

Le problème de tension dans le réseau électrique est très local par rapport au problème de fréquence. En effet, la puissance réactive, qui est souvent reliée à tension, ne peut être transmise sur de longues distances dans les réseaux. Compte-tenu d’un rapport R/X plus élevé sur lignes de distribution, la puissance active peut impacter au plan de tension comme la puissance réactive, voire de façon plus importante que celle-ci puisque R>X sur les lignes HTA câblées. L’impact de la charge dépend de la topologie du réseau ainsi que des flux de puissance.

Nous proposons une approche de la gestion de la charge flexible pour contribuer au réglage de tension dans un réseau de distribution. Il consiste à intégrer la gestion de la charge flexible dans un algorithme d’optimisation du réglage de tension en présence de GED. Le dernier, qui a été développé depuis des années récentes, est plus connu comme « Volt Var control ». Dans cette méthode, quelques contraintes de charges sont prises en compte pour limiter les inconvénients amenés aux consommateurs finaux. L’approche est validée avec une simulation séquentielle dans un scénario très réaliste et la performance est vérifiée.

Date : 2014-06-12

Lieu : Telecom ParisTech (Amphi Jade)


Thèmes scientifiques :
D - Télécommunications : compression, protection, transmission

Inscriptions closes à cette réunion.

Accéder au compte-rendu de cette réunion.

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2018.