Cette thèse a été réalisée en collaboration avec la société SCLE SFE (Groupe ENGIE) et le laboratoire Laplace. Elle porte sur le développement d’une méthodologie permettant d’élaborer des modèles dits « en similitude », à échelle de puissance et de temps réduites. Ces modèles peuvent servir pour l’analyse des systèmes mais ils sont en particulier utiles pour l’expérimentation en temps réel des systèmes énergétiques. En effet, les expérimentations sont très souvent menées à échelle réduite pour des questions de taille, de coût,… Certaines parties de ces expérimentations peuvent être « émulées » (simulées physiquement par des dispositifs de puissance) d’autres étant constitués de composants physiques : on parle alors de procédure Hardware in the Loop (HIL). Même si, à la base, la démarche de réduction d’échelle a une portée générale, notre gamme d’application principale concerne les microréseaux avec intégration de sources renouvelables intermittentes couplées à des composants de stockage.
En conséquence, nos travaux se focalisent sur la mise en œuvre de modèles de similitudes en puissance/énergie/temps de sources ENR et de stockeurs. La notion de réduction de temps, nous parlerons de « temps virtuel compacté », est un des concepts clés de ces travaux. Une attention particulière est portée sur le développement d’un émulateur physique de batterie électrochimique. En effet, le stockage d’énergie est un point clé dans un microréseau. De plus, cet élément présente de fortes non-linéarités dont la mise en similitude doit impérativement tenir compte et n’est pas triviale.
Une fois ces modèles développés, on les éprouve via la mise en œuvre d’essais en expérimentation simulée par émulateurs physiques à échelle de puissance réduite et en temps virtuel compacté. Ces essais permettent par ailleurs de confronter les notions d’émulateurs « copie-modèle », pour lequel un modèle est utilisé pour reproduire le comportement du système, et d’émulateurs « copie-image », où le comportement du système est reproduit à partir d’un de ses composants réels (par exemple une cellule pour la batterie).
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This thesis was carried out in collaboration with SCLE SFE (ENGIE Group) and the Laplace laboratory. It focuses on the establishment of a methodology allowing the “similarity” models development, with reduced power and time scale. These models can be used for systems analysis but they are particularly useful for real-time experimentation of energy systems. Indeed, the experiments are often carried out on a small scale for issues of size, cost,… Some parts of these experiments can be "emulated" (physically simulated by power devices) while others consist of physical components: this is called the Hardware in the Loop (HIL) procedure. Although, initially, the downscaling approach is broad in scope, our main field of application is microgrids with integration of intermittent renewable sources coupled with storage components.
As a result, our work focuses on the implementation of power / energy / time similarity models of ENR sources and storage facilities. The concept of time reduction, we will talk about "compacted virtual time", is one of the key concepts of this work. Particular attention is paid to the development of a physical emulator of electrochemical battery. Indeed, energy storage is a key point in microgrid. In addition, this element has strong nonlinearities whose scaling in similarity must imperatively take into account and is not trivial.
Once these models have been developed, they are tested through the implementation of simulated experiments using physical emulators with reduced power scale and compacted virtual time. These tests also make it possible to compare the concepts of "copy-model" emulators, for which a model is used to reproduce the behavior of the system, and "copy-image" emulators, where the behavior of the system is reproduced from of one of its real components (for example a cell for the battery).
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