Gestion de l'énergie d'un système multi-port à pertes intégrant une pile à combustible

Energy management of lossy multi-port to fuel cell-based systems

• Auteur / Autrice : Victor Manuel Ramirez Rivera
• Direction : Roméo Ortega
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/05/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Dorothée Normand-Cyrot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roméo Ortega, Dorothée Normand-Cyrot, Malek Ghanes, Mohamed Badreddine Becherif, Olivier Bethoux, Robert Griñó, Elena Panteley
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Malek Ghanes, Mohamed Badreddine Becherif

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande passive

Électronique de puissance

Énergie

Piles à combustible

Commande non linéaire

Systèmes non linéaires

Mots clés libres

Commande des systèmes non linéaires

Système de la pile à combustible

Gestion de l'énergie

Électronique de puissance

Commande passive

Nonlinear control

Fuel cell systems

Energy managment

Power electronics

Passivity control

Résumé

Dans de nombreux réseaux, la régulation efficace du transfert d'énergie entre les sous-systèmes de production, de stockage et d'utilisation demeure un sujet difficile à traiter. Dans cette thèse on a proposent une nouvelle stratégie pour atteindre cet objectif, ainsi que sa mise en œuvre. Le dispositif est appelé routeur d'énergie dynamique (RED), parce que, contrairement à la pratique actuelle, l'asservissement de l'écoulement de puissance se fait sans s'appuyer sur des hypothèses stationnaire. Une hypothèse clé pour le bon fonctionnement du RED est que la dissipation du système est négligeable. Toutefois, en présence de pertes en ligne le RED initial n'est plus opérationnel, car il est base sur l'hypothèse clé de non dissipation des interconnections. Dans ce travail, un nouveau RED prenant en compte la présence de pertes est proposé. Des preuves de l'amélioration des performances sont présentées en simulation comme en expérimentation. Un complément de ce travail a été réalisée sur l'estimation des paramètres d'une pile à combustible du type Polymer Exchange Membrane (PEM) dans le but de concevoir un estimateur convergeant sur un grand domaine (convergence globale). Ce dernier utilise des principes d'immersion et d'invariance développés récemment dans la théorie des asservissements.

Efficient regulation of the energy transfer between generating, storage and load subsystems is a topic of current practical interest. A new strategy to achieve this objective, together with its corresponding power electronics implementation, was recently proposed in this thesis work. The device is called dynamic energy router (DER) because, in contrast with current practice, the regulation of the direction and rate of change of the power flow is done without relying on steady–state considerations. A key assumption for the correct operation of the DER is that dissipation in the system is negligible. Unfortunately, in the presence of dissipation the original DER ceases to be operational. In this thesis a new DER that takes into account the presence of losses is proposed. Simulation and experimental evidence of the performance improvement with the new DER are presented. As a complement of this work a global convergent estimator of parameters of Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was designing by using the principles or “Immersion and Invariance” recently reported in control theory.