Développement de méthodes intelligentes pour la gestion énergétique des bâtiments, utilisant des capteurs sans fils

Development of the wireless microsensors for building energy management systems

• Auteur / Autrice : Nhat Hai Nguyen
• Direction : Tân-Phu Vuong
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 11/07/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Benbouzid
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tân-Phu Vuong, Xavier Le pivert, Quoc tuan Tran, Jean-Michel Leger, Olivier Giraud, Luc Bousquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Georges Barakat, Monique Polit, Françoise Massines

Mots clés

Mots clés libres

Bâtiment

Consommation

Système d’énergie

Gestion en temps réel

Régulation adaptative

Buildings

Consumption

Energy system

Intelligent management, real-time management

Adaptive control

Résumé

L’utilisation des charges de manière active et intelligente et leur gestion optimale sont parmiles préoccupations majeures des gestionnaires, des fournisseurs, des commercialisateurs et desconsommateurs d’énergie, et constitue l’un de axes privilégies du projet smart-grid.L’objectif de cette thèse est de développer et réaliser un système de pilotage des charges desbâtiments résidentiels ou tertiaires en temps réel en utilisant des réseaux de capteurs sans fil. Lesméthodes de gestion de charge ont été développées afin de minimiser les pics de consommation,maintenir le confort thermique et minimiser le coût global de consommation. Une conception dusystème de gestion des charges en temps réel sans fil a été proposée avec la communicationstandardisée ZigBee. Des démonstrateurs basés sur la régulation adaptative des chauffages et desclimatisations d’une part et sur une méthode de délestage doux pour des cuisinières d’autre part ontété développés. Le prototype du système proposé a été réalisé et testé lors de campagnes demesures sur un appartement expérimental afin de montrer l’intérêt et les performances des méthodesproposées. Le système développé permet d’éviter l’utilisation des modèles prédictifs qui sont trèsdifficiles à identifier et à reconfigurer en cas d’ajout de nouveaux appareils électriques dans lesbâtiments contrôlés.

Load management in an active and intelligent way is one of the major concerns of distributionsystems operators, suppliers and consumers of energy, particularly in the context of the smart-gridproject.The aim of this thesis is to develop and implement a real-time energy management systembased on wireless sensor networks in buildings (residential and tertiary sector). The methods of loadmanagement have been developed to minimize peak demand, maintain thermal comfort, andminimize the cost of consumption. A concept of real-time load management using a wireless sensornetwork has been proposed, based on the ZigBee communication standard. Demonstrators ofadaptive control of heating and air conditioning and of intelligent load shedding for electrical cookershave been developed. The prototypes of the proposed systems have been built and tested on anexperimental apartment to demonstrate the usefulness and effectiveness of these methods. Thedeveloped system allows to avoid the use of predictive models that are very difficult to identify andself-reconfigure when new electrical devices are added in a building.