Pilotage dynamique de l'énergie du bâtiment par commande optimale sous contraintes utilisant la pénalisation intérieure

Dynamic control of energy in buildings using constrained optimal control by interior penalty

• Auteur / Autrice : Paul Malisani
• Direction : Nicolas Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématique et automatique
• Date : Soutenance le 21/09/2012
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre automatique et systèmes (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Jury : Président / Présidente : Knut Graichen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Petit, Pierre Martinon, Bruno Peuportier, Anne-Sophie Coince, François Chaplais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Knut Graichen, Emmanuel Trélat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolation thermique

Commande, Théorie de la

Mots clés libres

Commande optimale

Méthodes de points intérieurs

Contrainte d'état et de commande

Effacements électriques

Bâtiment basse consommation

Optimal control

Interior point methods

State and input constraints

Electric load shiftings

Low consumption building

Résumé

Dans cette thèse, une méthode de résolution de problèmes de commande optimale non linéaires sous contraintes d'état et de commande. Cette méthode repose sur l'adaptation des méthodes de points intérieurs, utilisées en optimisation de dimension finie, à la commande optimale. Un choix constructif de fonctions de pénalisation intérieure est fourni dans cette thèse. On montre que ce choix permet d'approcher la solution d'un problème de commande optimale sous contraintes en résolvant une suite de problèmes de commande optimale sans contraintes dont les solutions sont simplement caractérisées par les conditions de stationnarité du calcul des variations.Deux études dans le domaine de la gestion de l'énergie dans les bâtiments sont ensuite conduites. La première consiste à quantifier la durée maximale d'effacement quotidien du chauffage permettant de maintenir la température intérieure dans une certaine bande de confort, et ce pour différents types de bâtiments classés de mal à bien isolés. La seconde étude se concentre sur les bâtiments BBC et consiste à quantifier la capacité de ces bâtiments à réaliser des effacements électriques complets du chauffage de 6h00 à 22h00 tout en maintenant, là encore, la température intérieure dans une bande de confort. Cette étude est réalisée sur l'ensemble de la saison de chauffe.

This thesis exposes a methodology to solve constrained optimal controlof non linear systems by interior penalty methods. A constructivechoice for the penalty functions used to implement the interior methodis exhibited in this thesis. It is shown that itallows us to approach the solution of the non linear optimal controlproblem using a sequence of unconstrained problems, whose solutionsare readily characterized by the simple calculus of variations.Two representatives study of energy management in buildings are conducted using the provided algorithm. The first study consists in quantifying the maximal duration of daily complete load shiftings achievable by several buildings ranging from poorly to well insulated. The second study focuses on low consumption buildings and aim at quantifying the ability of these buildings to perform complete load shiftings of the heating electrical consumption from the day (6 a.m. to 10 p.m.) to the night period over the whole heating season.