Soutenance de thèse de Minh Tri LE

Dans un réseau électrique intelligent (smart-grid) s’intervienne un grand nombre de domaines fortement intégrés : électrique, thermique, ICT, marché, etc. L’évaluation et la validation d’un tel système cyber-physique (CPES : Cyber-Physical Energy System) nécessitent une plateforme de simulation hétérogène basée sur une grande diversité de modèles de simulation, concernant les équipements électriques réels. De plus, leurs interactions devraient être intégrées. Le réseau électrique intelligent ainsi que son réseau de télécommunication et de contrôle – qui à eux trois représentent un système d’énergie cyber-physique - sont des systèmes critiques pour nos sociétés modernes et nécessitent une méthode d'évaluation holistique mais non intrusive.
Issue de la recherche de ressources d’énergie renouvelable, la plateforme conçue dans le cadre de cette thèse impérativement s’appuyer sur la co-simulation, la simulation temps-réel et notamment l’approche PHiL (Power-Hardware-in-the-Loop). Pour l’analyse et la validation d’un réseau électrique intelligent, les questions se posent:
•    Comment modéliser un smart grid multi-physique (paries électrique, thermique, communication, différents types de sources primaires, puissance, contrôle/commande, …) et multi-échelle (grand nombre de productions décentralisées et sources renouvelables, maisons, microgrids, réseau distribution, réseau de transport…) ?
•    Comment coupler efficacement les différents outils déjà développés au CEA (ex : EMS, stratégies de pilotage) et les différents logiciels professionnels développés dans les différents domaines (DIgSILENT PowerFactory, Modelica, Matlab, Phyton …) ?
•    Comment synchroniser ces logiciels avec des pas de temps de calcul différents?
•    Comment valider les stratégies développées dans un environnement quasi-réel en tenant compte de l’influence ses problématiques de communication … ?
Ce sont les objectifs de cette thèse, qui porteront sur le développement de nouvelles approches d’analyse et de validation d’un réseau électrique intelligent basées sur les méthodes holistiques de Co-simulation (COSIM) et de Simulation temps réel.

Les travaux assignés à cette thèse sont les points suivants :
•    Etudier l’état de l’art de la co-simulation et identifier les verrous pour son application aux smart-grids,
•    Développer les modèles d’interface FMI, FMU (modèles de charges, PV, batteries, super-capacité, pile à combustible…),
•    Etudier la possibilité d’utilisation Mosaik pour synchroniser les différents logiciels,
•    Développer une plateforme pour l'exécution d'algorithmes distribués dans un réseau intelligent avec le système multi-agents pour le contrôle de tension
•    Réaliser une co-simulation pour les différentes applications de gestion d’un réseau électrique ou d’un microgrid avec l’interface de différents logiciels (Matlab, Python, Power Factory…)
•    Développer une plateforme de co-simulation en tenant compte des systèmes de communication en suite réaliser une co-simulation pour différentes applications de gestion d’un réseau électrique ou d’un microgrid par la simulation temps réel (OPAL-RT) en couplées avec différentes composantes (Communications, SCADA, Clouds, Agents, …)

Abstract :
In a smart-grid, a large number of highly integrated areas intervene: electrical, thermal, ICT, market, etc. The evaluation and validation of such a cyber-physical system (CPES: Cyber-Physical Energy System) requires a heterogeneous simulation platform based on a wide variety of simulation models, concerning real electrical equipments. In addition, their interactions should be integrated. The smart electricity grid and its telecommunications and control network - which together represent a cyber-physical energy system - are critical systems for our modern societies and require a holistic but not intrusive method of assessment.
Resulting from research into renewable energy resources, the platform designed for this thesis is based on co-simulation, real-time simulation and in particular the PHiL (Power-Hardware-in-the- Loop). For the analysis and validation of a smart grid, the questions arise:
•    How to model a multi-physical smart grid (electrical, thermal, communication, different types of primary sources, power, control / command, etc.) and multi-scale (large number of decentralized productions and renewable sources, houses, microgrids, network distribution, transport network, etc.)?
•    How to effectively combine the various tools already developed at CEA (EMS, management strategies) and the various professional software developed in the various fields (DIgSILENT PowerFactory, Modelica, Matlab, Phyton, etc.)?
•    How to synchronize these softwares with different calculation time steps?
•    How to validate the strategies developed in a near-real environment taking into account the influence of its communication issues ...?

These are the objectives of this thesis, which will focus on the development of new analysis and validation approaches for an intelligent electricity grid based on the holistic methods of Co-simulation (COSIM) and Real-time Simulation.
The works assigned to this thesis are the following points:
•    Study the state of the art of co-simulation and identify the obstacles for its application to smart-grids,
•    Develop FMI, FMU interface models (models of loads, PV, batteries, supercapacitor, fuel cell, etc.),
•    Study the possibility of using Mosaik to synchronize the different softwares,
•    Develop a platform for the execution of distributed algorithms in an intelligent network with the multi-agent system for voltage control
•    Carry out a co-simulation for the different management applications of an electrical network or a microgrid with the interface of different softwares (Matlab, Python, Power Factory ...)
•    Develop a Co-simulation platform taking into account communication systems, the carry out a co-simulation for different management applications of an electrical network or a microgrid by real-time simulation (OPAL-RT) in conjunction with different components (Communications, SCADA, Clouds, Agents, etc.)