Modélisation et simulation de la consommation énergétique des trains dans le contexte ferroviaire ouvert à la concurrence pour un décompte d'énergie à des fins de facturation

Modelling and simulation of train energy consumption for billing purposes in the context of railway sectors open to competition

• Auteur / Autrice : Luis Alonso
• Direction : Benoit Robyns
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique (AM)
• Date : Soutenance le 26/01/2022
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP) - Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Paola Pellegrini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Retière, Bruno Sareni, Benoît Robyns, Christophe Saudemont
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Retière, Bruno Sareni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Consommation

Électrotechnique

Comptages

Mots clés libres

Comptage énergétique

Ferroviaire

Validation de la consommation

Estimation de la consommation

Energy metering

Railway

Consumption validation

Consumption estimation

Résumé

A travers différentes directives, l'Union Européenne impose progressivement en Europe l'ouverture à la concurrence du transport ferroviaire et du marché de l'électricité. Ainsi, les Entreprises Ferroviaires (EF) qui affrètent des trains circulants sur le réseau ferré Français, peuvent s'approvisionner en énergie électrique auprès du fournisseur de leur choix. La juste affectation aux EF, de l'énergie consommée par leur flotte d'engins nécessite des compteurs d'énergie embarqués, communicant vers un système de collecte et de facturation.Face aux enjeux financiers, RTE et SNCF Réseau doivent garantir une bonne fiabilité du comptage de l'énergie aux EF(s), malgré les dysfonctionnements des compteurs qui ne permettent pas l'exhaustivité des mesures au service d'une consommation effective.Pour répondre à la problématique de la fiabilité des compteurs, des bornes de validation des consommations relevées par les compteurs basés sur des modèles physiques ont été développés. Ces bornes permettent d'augmenter la fiabilité des données de comptage en écartant les mesures aberrantes du point de vue physique.Afin d'améliorer la disponibilité des données de comptage, des estimateurs sont développés dans cette thèse avec comme objectif d'estimer la consommation d'un train pour une circulation donnée, en utilisant une base de données composée par des mesures de compteurs, réalisées sur une ou plusieurs années, validées par les bornes définies précédemment. Les différents estimateurs utilisent en plus diverses sources d'information (temporelles, météo, consommations mesurées dans des sous-stations d'alimentation,…) afin d'améliorer l'estimation de la consommation. Les sources d'information les plus pertinentes sont identifiées, permettant ainsi d'éliminer les sources de bruit.L'impact de l'évolution du réseau ferroviaire vers un smart grid ferroviaire sur la consommation ferroviaire et le comptage de l'énergie est abordé en fin de thèse.

Via various directives, the European Union is progressively opening up the rail transport and electricity markets to competition in Europe. As a result, railway undertakings (RUs) that operate trains on the French rail network can obtain their electrical energy from the supplier of their choice. The correct allocation to RUs of the energy consumed by their fleet of vehicles requires on-board energy meters that communicate with a data collection and billing system.In view of the financial stakes, RTE and SNCF Réseau must guarantee reliable energy metering to RUs, despite energy meter malfunctions that do not allow for exhaustive measurements of the actual consumption.In order to address the issue of the energy meters' reliability, validation bounds for the consumption read by the energy meters based on physical models have been developed. These bounds increase the reliability of the metering data by eliminating outliers from the physical point of view.In order to improve the availability of metering data, estimators are developed in this thesis with the objective of estimating the consumption of a train for a given journey, using a database composed of energy meter measurements, performed over one or more years, validated by the previously defined bounds. The various estimators also use various sources of information (time, weather, consumption measured in supply substations, etc.) in order to improve the consumption estimation. The most relevant sources of information are identified, allowing to eliminate sources of noise.The impact of the evolution of the railway network towards a railway smart grid on railway consumption and energy metering is addressed at the end of the thesis.