Approche à base d'agents pour l'ingénierie et le contrôle de micro-réseaux

Agent based approach for engineering and control of microgrids

• Auteur / Autrice : Gillian Basso
• Direction : Vincent Hilaire, Fabrice Lauri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/12/2013
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRTES. Laboratoire Systèmes et Transports
• Jury : Président / Présidente : Abder Koukam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Hilaire, Fabrice Lauri, Abder Koukam, Pierre Collet, Cyril Fonlupt, Lhassane Idoumghar, Sebastián Rodriguez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Collet, Cyril Fonlupt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (énergie)

Intelligence artificielle répartie

Mots clés libres

Smart grid

Microgrid

Système multi-agent

Simulation

, boucle de rétroaction

Apprentissage par renforcement

Smart grid

Microgrid

Multiagent system

Simulation

Feedback loop

Reinforcement learning

Résumé

La gestion d’énergie est un sujet de plus en plus important dans notre société. Nous faisons actuellement face à un nombre croissant de problèmes tels que l’épuisement des réserves pétrolières, le réchauffement climatique ou encore la diminution de la qualité de l’énergie (principalement due aux coupures pendant les pics de consommation). Les smartgrids sont une des solutions à ces problèmes. En ajoutant une communication bidirectionnelle et de nouvelles capacités en matière de technologies de l’information et de la communication, il est possible de créer un système autonome de gestion intelligente de l’énergie.Les travaux décrits dans ce mémoire s'intéressent particulièrement à la gestion des microgrids à l'aide de systèmes multi-agents (SMA). Les microgrids sont des réseaux de faibles puissances, composés de petits producteurs d’énergie décentralisés (éventuellement renouvelables) et de consommateurs. Ces réseaux peuvent être reliés (ou non) au réseau global ce qui ajoute à leur complexité. De par leurs complexités et leurs répartitions géographiques, les smartgrids, comme les microgrids, ne peuvent pas être gérés facilement par des systèmes centralisés. Les intelligences artificielles distribuées et plus particulièrement les SMA apparaissent comme un moyen cohérent de résoudre les problèmes liés aux smartgrids.Dans un premier temps, nous avons défini une approche mettant en oeuvre des boucles de rétroaction. Une boucle de rétroaction apparaît dans les systèmes complexes qui peuvent être définis avec plusieurs niveaux d'abstraction. Deux niveaux sont ainsi en interaction. Le niveau micro regroupe un ensemble d'agents ayant des comportements qui, une fois combinés, influeront sur l'état du système. Le niveau macro traite ces influences pour définir un nouvel état du système qui influera sur le comportement des agents du niveau micro. Cette boucle de rétroaction permet de séparer les comportements sur plusieurs niveaux.Cette approche est utilisée pour définir un problème de gestion offre-demande dans un microgrid. Ce problème permet de prendre en compte un ensemble d'objectifs qui sont actuellement traités de manière indépendante. Enfin, une application utilisant un SMA a été développée. Cette approche peut s'intégrer dans ce problème. Elle a pour but d'assurer la stabilité du réseau à tout instant grâce au contrôle de systèmes de stockage.Dans un second temps, un simulateur de réseau électrique permettant le contrôle dynamique des périphériques a été développé. Ce simulateur repose sur trois grands principes. Le premier est une modélisation à base d’agents du simulateur lui-même, pour représenter la complexité des réseaux électriques. Le second principe repose sur l’utilisation du paradigme holonique afin de prendre en compte les multiples niveaux inhérents aux réseaux électriques. Enfin, le troisième principe est inspiré du modelé influence/réaction et propose une technique qui permet de gérer les actions simultanées, éventuellement conflictuelles, au sein des SMA.

Energy management is, nowadays, a subject of uttermost importance. Indeed, we are facing growing concerns such as petroleum reserve depletion, earth global warming or power quality (e.g. avoiding blackouts during peak times). Smart grids is an attempt to solve such problems, by adding to power grids bidirectional communications and ICT capabilities in order to provide an intelligent autonomic management for the grid.This thesis focuses on the management of microgrids thanks to multiagent systems (MAS). Microgrids are low-power networks, composed of small and decentralized energy producers (possibly renewable) and consumers. These networks can be connected to the main grid or islanded, this make them more complex. Due to their complexity and their geographical distribution, smart grids and microgrids can not be easily managed by a centralized system. Distributed artificial intelligences especially MAS appear to be a solution to resolve problems related to smart grids.Firstly we defined an approach implementing feedback loops. These feedback loops exist in complex systems which can be defined with several abstraction levels. Two levels are interacting. The micro-level contains a set of agents owning behaviours that can be combined. The result of the combination imapct the state of the system. The macro-level processes these influences to define a new state of the system which will imapct the agents behaviours at the micro-level.This feedback loop separates behaviours on several levels.This approach is used to defined a demand and supply matching problem in microgrid. This problem afford to manage a set of goals which currently are independently processed. Finally, an application is developed using MAS that ensures grid stability thanks to storage systems. This application was thought to be integrated to the approach detailed above.Secondly, a grid simulator id developed. This simulator allows dynamic control of devices. It is based on three main principles.• An agent-based model of the simulator to represent the complexity of electrical networks. • The use of the holonic paradigm to take into account the multiple levels inherent to power grids. • The use of the influence/reaction model and offers a technology that can manage simultaneous actions, possibly conflicting, in MAS.