Modélisation et contrôle de systèmes électriques de puissance avec propriétés de stabilité

Energy-based modelling and control of electric power systems with guaranteed stability properties

• Auteur / Autrice : Daniele Zonetti
• Direction : Roméo Ortega
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 15/04/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Lamnabhi-Lagarrigue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roméo Ortega, Françoise Lamnabhi-Lagarrigue, Claudio De Persis, Florian Dörfler, Abdelkrim Benchaib, Valentin Costan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claudio De Persis, Florian Dörfler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes non linéaires

Commande automatique

Réseaux électriques (énergie)

Mots clés libres

Systèmes éléctriques

Théorie du contrôle

Automatique

Power systems

Control theory

Automatic control

Résumé

Pour traiter les systèmes non linéaires, à grande échelle, multi-domaine tels que les systèmes électriques de puissance, nous avons remarqué dans les dernières années un intérêt croissant pour les techniques de modélisation, analyse et contrôle basées sur la notion d'énergie. L'énergie est en fait un concept fondamental en science et en ingénierie, où typiquement les systèmes dynamiques sont regardés comme des dispositifs de transformation d'énergie. Cette perspective est particulièrement utile pour étudier des systèmes non linéaires assez complexes, qui peuvent être décomposés en sous-systèmes plus simples, caractérisés au niveau énergétique, et qui, à travers leurs interconnexions, déterminent le comportement global du système tout entier. Il représente bien évidemment le langage le plus naturel et intuitif pour représenter les systèmes électriques de puissance. En particulier, l'utilisation de systèmes Hamiltoniens à Ports a eu un impact très fort dans différentes applications, plus précisément dans le cas de systèmes mécaniques, électriques et électromécaniques. Dans ce contexte alors, l'approche Hamiltonien à Ports représentent sans doute une base solide qui montre une nouvelle fac{c}on d'aborder les problèmes d'analyse et contrôle de systèmes électriques de puissance. Basée sur cette approche, la thèse est structurée en trois étapes fondamentales:1 - Modélisation d'une classe très générale de systèmes électriques de puissance, basée sur la théorie des graphes et la formulation en Systèmes Hamiltoniens à Ports des composantes.2 - Modélisation, analyse et commande de systèmes de transmission de courant continu haute tension. Avec l'intention de construire un pont entre la théorie et les éventuelles applications, un des objectifs fondamentaux consiste à établir des relations évidentes entre les solutions adoptées dans la pratique et les solutions obtenues à travers une analyse mathématique précise.3 - Travaux apparentés de l'auteur, dans différents domaines des systèmes électriques de puissance: systèmes ac conventionnels et micro réseaux.

To deal with nonlinear, large scale, multidomain, systems, as power systems are, we have witnessed in the last few years an increasing interest in energy–based modeling, analysis and controller design techniques. Energy is one of the fundamental concepts in science and engineering practice, where it is common to view dynamical systems as energy-transformation devices. This perspective is particularly useful in studying complex nonlinear systems by decomposing them into simpler subsystems which, upon interconnection, add up their energies to determine the full systems behavior. This is obviously the most natural and intuitive language to represent power systems. In particular, the use of port–Hamiltonian (pH) systems has been already proven highly successful in many applications, namely for mechanical, electrical and electromechanical systems. The port-Hamiltonian systems paradigm theremore provides a solid foundation, which suggests new ways to look at power systems analysis and control problems.Based on this framework, this thesis is structured in three main steps.1 - Modelling of a generalized class of electric power systems, based on graph theory and port-Hamiltonian representation of the individual components.2 - Modelling, analysis and control of multiterminal hvdc transmission systems. With the intention to bridge the gap between theory and applications, one of the main concerns is to establish connections between existing engineering solutions, usually derived via ad hoc considerations, and the solutions stemming from theoretical analysis.3 - Additional contributions of the author in other fields of electric power systems, including traditional ac power systems an microgrids.