Analyse et optimisation avancées des réseaux de puissance
Une profonde mutation des réseaux électriques est en cours avec la dérégulation des marchés de l'énergie, la montée en puissance des productions décentralisées, principalement à base d'énergie renouvelable, l’évolution de la demande vers une demande plus active et la volonté d'aller vers plus d'efficacité et de maîtrise énergétique. Elle a engendré de nouveaux besoins concernant les modes d’exploitation, la flexibilité, la gestion intelligente de l'énergie, les topologies des réseaux. Les avancées technologiques dans des domaines comme l'électronique de puissance, les nouvelles technologies de l'information et de la communication et le fait de disposer de nouveaux leviers d'action (productions décentralisées pour le réglage de tension, pilotage de charge par exemple) ont permis de répondre à ces besoins en envisageant de nouveaux modes d'exploitation et de gestion optimale des réseaux, ainsi que des solutions de flexibilité innovantes ou de nouvelles topologies. Le travail réalisé a porté autant sur des aspects méthodologiques que techniques ou économiques. Ainsi, les convertisseurs d'électronique de puissance de forte puissance sont aujourd'hui matures et de nouvelles architectures de réseau DC et AC/DC sont à l'étude. La mise en œuvre de techniques avancées d'optimisation mixtes (continu/discret) couplées à des modélisations nouvelles (systèmes complexes, modélisation fractale, modèles de charge à série temporelle ou réseaux de neurones, systèmes multi-agents, etc.) ont permis des avancées significatives dans la planification, la préparation à la conduite et le pilotage opérationnel des réseaux, donc à différentes échelles temporelles.
Ces thématiques de recherches ont été déclinées sur différentes applications : les réseaux de distribution (réseaux intelligents ou Smart Grids en anglais) et les réseaux de transport de l'électricité, les réseaux électriques de transport terrestre, et les réseaux embarqués.
Il est important de souligner que lors de la clôture du précédent contrat (2011), le projet de l’équipe portait pour partie sur la modélisation avancée, les architectures innovantes et les réseaux intelligents. Le bilan de l’axe 2 depuis quatre ans a confirmé l’importance prise par ses directions de travail. Une notion comme les smart grids a d’ailleurs pris une telle ampleur qu’elle est reprise dans les domaines des réseaux de transport terrestre, des réseaux ferroviaires ou aéronautiques.
Les efforts de recherche menés dans cet axe peuvent se regrouper en en 4 points :
La modélisation des réseaux, avec le développement d'équivalents statiques et dynamiques de réseaux externes, la modélisation prédictive de charge dans la distribution en utilisant les compteurs intelligents, et des modèles stochastiques de planification de réseaux de distribution.
Les nouveaux modes d'exploitation et solutions de flexibilité, où l'on s'intéresse à la gestion optimale des réseaux intelligents (distribution et transport, ferroviaires ou embarqués). De nouvelles fonctions avancées de réseaux comme le réglage de tension, la reconfiguration, leur hybridation ainsi que le délestage optimal pour la prévention des blackouts ont été développées. L'introduction de mesures synchronisées par GPS dans les réseaux distribution est également à l'étude.
Les nouvelles topologies, notamment avec les réseaux DC dans les avions et dans les réseaux de transport. Des architectures innovantes pour les smart grids avec un mode d’exploitation radial, mixte maillé/radial voir complètement maillé sont développées sur la base d’outils mathématiques issues de la théorie des graphes permettant la prise en compte de variables déterministes et stochastiques et de fonctions d’optimisation non linéaires sous contraintes mixtes (linéaires et continues).
L'analyse des transitions technico-économiques avec la mise en place des nouveaux marchés de l'électricité et des nouveaux modèles d'affaires compte-tenu des nouveaux besoins, services et acteurs engendrés par le développement des smart grids. Ce dernier point est plutôt récent et témoigne de l’avancement et la maturité des travaux de recherche menés sur cet axe.
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