1. Améliorer les performances quand les conditions et régimes de fonctionnement du système varient, conformément aux exigences de l’application

• Développer des algorithmes de commande adaptés et s'auto-adaptant à des conditions sévères d'utilisation.
• Développer des modèles intégrant des phénomènes complexes (vieillissement, dégradation, etc.) et synthèse d'algorithmes de commande en tenant compte (pour diminuer leur effet sur la durée de vie de l'élément et/ou du système).

2. Assurer une continuité de service quand un défaut affecte le système (défaut au niveau des capteurs, des convertisseurs statiques, des sources d'alimentation, des charges ou des éléments de stockage.

• Développer des algorithmes de détection, isolation et localisation de défaut et reconfiguration de la commande et/ou de la topologie du système et de sa commande selon le défaut
• Développer des algorithmes de reconfiguration permettant l'amélioration des performances en mode dégradé.

Champ applicatif

résidentiel et nano réseau résidentiel, Micro réseau, Convertisseurs Multiniveaux pour la génération renouvelable et la liaison HVDC

Outils

Développement d'émulateurs, démonstrateurs, simulateurs numériques

Les systèmes énergétiques complexes, interdisciplinaires et multi domaines présentent de forts couplages entre différents domaines comme le domaine électrique, mécanique, chimique, hydraulique ou thermodynamique.
L’objectif des investigations est tout d’abord, partant d’un cahier des charges prédéfini, l’élaboration d’une méthodologie basée sur une «approche systémique» pour l’étude, l’analyse et la conception de tels systèmes, puis sa mise en œuvre pour des applications spécifiques. Toutes les étapes de la conception seront considérées, allant du dimensionnement global au prototype expérimental, en passant par la synthèse des algorithmes de commande et de supervision pour la gestion d’énergie
- Les systèmes à énergies renouvelables, de grande puissance sont investigués dans le cadre de systèmes éoliens à vitesse variable équipés d’une génératrice synchrone et de leur participation aux « services systèmes » du réseau. La faible puissance est investiguée dans le cadre des systèmes hybrides multi-sources avec leurs problématiques: disponibilité « capricieuse», rendement énergétique relativement bas.

La méthodologie développée devra amener à maximiser le transfert énergétique des sources de puissance par une optimisation de la gestion énergétique, à l’aide de contrôle efficace
Le domaine d’application de ces petits systèmes est très large, très diversifié et en pleine croissance, menant à une intégration à grande échelle d’utilisation pour une consommation en électricité ou sa transformation vers d’autres vecteurs énergétiques (pompage et/ou le traitement d’eau, production de l’hydrogène). Ce domaine d’application va ainsi de l’électrification rurale aux applications comme le pompage et le dessalement des eaux de mer.
De tels systèmes, permettant de décentraliser l’énergie en produisant des petites quantités par la micro-génération de façon localisée et proche des besoins.

Apporter des solutions a des problématiques industrielles de plus en plus complexes avec des exigences accrues que ce soit en modélisation ou en simulation ou en supervision. Plusieurs axes de recherches ont déjà été explorés dans ce cadre.

Modélisation:

Application de la modélisation d’ordre non entier aux machines électriques (asynchrone) pour la prise en compte des effets de fréquence visant une meilleure caractérisation des régimes transitoires, de la prédiction du couple en régime transitoire.
Modélisation des pistes électroniques (Une piste est une ligne de transmission modélisée par un circuit RLCG. R, L, G, C). Nous sommes en train de mettre au point des modèles de pistes avec microcoupures ou coupures totale ou coupure partielles ou piste avec débordement de cuivre. Ces activités rentrent dans le cadre d’une collaboration étroite avec un industriel qui vise un diagnostic précoce des défauts et une certaine fiabilité des cartes électroniques qu’il conçoit surtout pour certaines applications sensibles.

Simulation numérique temps réel:

De nos jours il est important en laboratoire de mettre au point des prototypes de commande numérique simulant avec suffisamment de précision des systèmes réels. Ceci permettra d’anticiper un certain nombre de problèmes de conception et de les corriger en phase de prototypage ce qui diminue énormément les coups de développement du produit. L’objectif recherché derrière cet axe est donc de définir une méthode de conception matérielle logicielle qui autorise dans un même environnement la modélisation, la spécification et l'implantation d'algorithmes de commande et leur reconfiguration en temps réel.

Gestion de l’énergie électrique : Suivi temps réel de la consommation: Les réseaux intelligents et micro réseaux qui se développent nécessitent une infrastructure moderne caractérisée par une bidirectionnalité en énergie et en communication, avec un étage de supervisions pour leur contrôle et gestion. En outre, afin de réduire le gap qui ne cesse de s’aggraver entre la production et la consommation en électricité, il est intéressant d’améliorer leur efficacité énergétique ainsi que de réfléchir à des lois d’optimisation de l’énergie. Mise en œuvre avec des Systèmes SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

Les convertisseurs statiques sont utilisés dans des champs d’application de plus en plus étendus et doivent donc répondre à des cahiers des charges de plus en plus sévères. De ce fait, ils fonctionnent à des puissances de plus en plus importantes, véhiculent des fréquences de plus en plus élevées et continuent donc à être le siège de plusieurs évolutions technologiques et au cœur de la recherche scientifiques. Deux enjeux en découlent: d’un côté, les convertisseurs statiques sont des sources de perturbation, et d’un autre côté leurs poids et leurs volumes, et leur manque de modularité sont contraignants. Les recherches ont pour objectif de:

1. Utilisation des SiC pour leur intégration dans les onduleurs solaires

• Réduire les systèmes de refroidissement, (Haute température) et optimiser la consommation des convertisseurs SiC.
• Modélisation et caractérisation des systèmes de puissance intégrés en technologie SiC pour les applications à forte efficacité énergétique.

2. Optimiser la compacité des convertisseurs de puissance en réduisant la masse et le volume des composants magnétiques éléments.s

• Développement de modèles des composants encore plus fins que ceux déjà établis pour une évaluation encore plus fine des pertes (par conduction et par commutation) et un dimensionnement plus fin des radiateurs
• Développer des algorithmes de commande pour des convertisseurs de puissance haute et très haute fréquence (Convertisseur Fly-back Quasi-résonant en courant) pour la réduction de la taille, du poids et l'amélioration des performances

Champ applicatif

Chauffage par induction, soudure à arc, onduleur solaire

A l’échelle mondiale, la libéralisation du marché d’électricité, l’accroissement des sources à base des énergies renouvelables ou non conventionnelles, et le développement accru des interconnexions ont contribué à la modification topologique et opérationnelle des réseaux électriques. A l’échelle nationale, le réseau tunisien commence à connaitre ces défis par une intégration accrue des énergies renouvelables qui devront passer aux environs de 30% vers 2030 ! En plus des interconnexions renforcées avec l’Algérie, une planification de connexion électrique sous marine avec l’Italie est engagée, et le problème d’interconnexion avec la Libye doit être résolues dans les meilleurs délais.
Dans ce contexte, une nouvelle gestion de ces réseaux doit en conséquence être appliquée :

• De nouvelles conditions de raccordement des productions distribuées (grid codes) doivent émerger,
• Un équilibrage entre la production et la demande (balancing power) doit être plus flexible en reposant sur des méthodes de prévision de la production énergétique (power forecast) plus précises et une planification des réseaux (grid planning) plus dynamiques.

Ces ensembles d’action permettent un meilleur contrôle de la puissance, de maintien de la fréquence et maintien du plan de tension, ainsi que la stabilité en cas d’intégration d’importante puissance à partir d’énergies renouvelables.
Les travaux entrepris dans le cadre de cette thématique vise en partie l’insertion économique et sécuritaire de la production des sources renouvelables dans le réseau.
Dans ce cadre de la gestion du réseau en différentes circonstances, le développement de modèles et de stratégies de contrôle (les réserves primaires, secondaires et tertiaires, le plan des protection, les plans de délestage…) surtout en mode dégradé (sous de grands défauts) présente comme objectif de notre étude la maîtrise de l’impact des incidents majeurs en vue de l’élaboration d’un plan de défense adéquat pour le réseau tunisien.
Actuellement, les interconnexions des réseaux électriques jouent de plus un rôle décisif dans leur flexibilité pour accepter des taux d’intégration d’énergies renouvelables de plus en plus important.
Vu les contraintes et les limites posées par les interconnexions HVAC (High Volage Alternating Current), les exploitants des réseaux utilisent de plus en plus le transport à travers des lignes à courants continu haute tension (HVDC). Les fonctionnalités de contrôle dont disposent les convertisseurs de ces liaisons font l’intérêt essentiel de ces liaisons. En outre, la technologie HVDC s’impose comme une solution de choix pour accroître les puissances transitées et fiabiliser l’intégration des énergies renouvelables à grande échelle.
Notre contribution dans le cadre de cet axe de recherches consiste en l’amélioration d’avantage de la commande et du contrôle de ces systèmes (HVDC) tenant compte des contraintes techniques du réseau (Stabilité, Flexibilité…).
Les autres types de problèmes posés dans la conduite des grands réseaux interconnectés, concernent aussi la modélisation et la coordination des contrôles et de la fiabilité.
Les travaux dans ce cadre visent la recherche de modèles appropriés, et de lois de commande optimales qui répondent à la fois aux exigences sécuritaires et contractuelles inter-réseaux. Le problème d'oscillations basse fréquence est traité par une analyse modale faisant ressortir les modes shapes et leur mécanisme d'excitation. Des approches d'optimisation des réglages fréquence-puissance sont aussi utilisées avec comme objectif l’amélioration de la sécurité dynamique en tenant compte des limites des infrastructures de transport.
Le champ d'investigation s’élargit également vers les méthodes de contrôle avancées pour une conduite optimale des grands réseaux interconnectés. Le savoir faire dans la conduite des grands réseaux est sûrement exploitable au sein de l’équipe RESE dans la gestion de micro-réseaux fonctionnant en isolés ou en connectés au réseau.