Gestion optimale d'une flotte de véhicules électriques pour une valorisation via des services au système électrique

Optimal management of a fleet of electric vehicles for valorization via services to the electrical system

• Auteur / Autrice : Pierre Dumont
• Direction : Marc Petit
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Inscription en doctorat le 05/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec (2015-....)

Mots clés

Mots clés libres

V2g

Vehicle-to-grid

Optimisation

Valeur

Co2

Batterie

V2g

Véhicle-to-grid

Optimization

Value

Co2

Battery

Résumé

Dans le cadre de la thèse proposée, nous souhaitons axer les travaux sur l'exploitation de la flexibilité d'une flotte de VE, en considérant les caractéristiques physiques du réseau électrique et des véhicules, tout en prenant en compte les caractéristiques des mécanismes de valorisation des flexibilités. L'idée est de se rapprocher de la position d'un agrégateur de flottes de VE qui souhaite optimiser l'utilisation des batteries. Nous considérerons la méthodologie suivante : 1) Le comportement/vieillissement des batteries et la chaine de conversion ; 2) L'optimisation de la sollicitation des véhicules avec une vision plus globale de la flotte disponible, et une prise en compte des besoins de recharge des utilisateurs (état de charge cible à atteindre à une heure donnée. Il s'agira d'optimiser la répartition des efforts entre les VE. A l'échelle d'un réseau de distribution moyenne tension, un agrégateur va gérer des VE qui seront en aval de plusieurs postes BT. L'appel aux flexibilités par le gestionnaire de réseau se fera-t-il par nœud ou par zone (groupe de nœuds) ? C'est une réflexion à prendre en compte dans la stratégie d'optimisation de l'agrégateur. Il y aura un travail de positionnement du problème, de définition des objectifs de l'agrégateur et des indicateurs associés, puis de choix de la méthode de résolution. L'utilisation d'une approche probabiliste sera explorée avec des objectifs qui pourraient être une fiabilité de disponibilité et activation de la flexibilité à x%. Par ailleurs, en fonction du pas de temps utilisé pour la vérification du réalisé (15 ou 30min), on peut imaginer une stratégie qui consiste à « corriger le tir » dans la dernière partie de l'intervalle. 3) Cette stratégie plus optimale sera ensuite mise en œuvre au travers des cas d'études suivants : a) La levée de contraintes locales en tension et courant sur un réseau de distribution HTA, en considérant les perspectives de développement des véhicules électriques et de la production locale ; les flottes de VE raccordés en aval des postes basse tension peuvent être vu comme des agrégats partiels de batterie. Il s'agira entre autres d'optimiser la sollicitation de ces flexibilités pour lever les contraintes du réseau HTA. Cela pourrait être fait en sollicitant des moyens de stockage stationnaires, mais nous proposons de la faire avec des VE, ce qui est encore peu traité dans la littérature. Pour les cas illustratifs, nous nous appuierons sur les travaux de Felipe Gonzalez Venegas, en optimisant l'appel aux flexibilités offertes par un ou plusieurs acteurs, et en tenant compte d'un échantillon de règles fixées par les opérateurs de réseaux. Nous considérerons aussi les incertitudes inhérentes à ces véhicules. b) Une combinaison de participation aux services pour les réseaux de distribution et pour le réglage de fréquence. A cette occasion les travaux antérieurs de la chaire (P. Codani et O. Borne) seront revus à la lumière des dernières évolutions des réglementations technico-économiques ; Nous pourrons bien-sûr comparer les résultats avec ce qui aurait été obtenu sans prise en compte de certains paramètres de comportement des batteries. Enfin, une étude de sensibilité pourra être menée en fonction du taux de disponibilité des bornes (en particulier sur le lieu de travail) en mode unidirectionnel ou bi-directionnel, et du taux de VE qui seraient compatibles V2G.

In the framework of the proposed thesis, we wish to focus the work on the exploitation of the flexibility of an EV fleet, considering the physical characteristics of the electrical network and of the vehicles, while taking into account the characteristics of the mechanisms for valuing the flexibilities. The idea is to get closer to the position of an EV fleet aggregator who wishes to optimise the use of batteries. We will consider the following methodology: 1) Battery behaviour/aging and the conversion chain; 2) Optimisation of vehicle use with a more global vision of the available fleet, and taking into account the charging needs of users (target state of charge to be reached at a given time). The aim will be to optimise the distribution of effort between the EVs. On the scale of a medium-voltage distribution network, an aggregator will manage EVs downstream of several LV substations. Will the network operator call for flexibilities by node or by zone (group of nodes)? This is a consideration to be taken into account in the aggregator's optimisation strategy. There will be work on positioning the problem, defining the objectives of the aggregator and the associated indicators, and then choosing the resolution method. The use of a probabilistic approach will be explored with objectives that could be availability reliability and flexibility activation at x%. In addition, depending on the time step used for the verification of the achievement (15 or 30min), we can imagine a strategy that consists in ''correcting the shot'' in the last part of the interval. 3) This more optimal strategy will then be implemented through the following case studies: a) Removal of local voltage and current constraints on an MV distribution network, considering the development prospects of electric vehicles and local production; the fleets of EVs connected downstream of low-voltage substations can be seen as partial battery aggregates. One of the challenges will be to optimise the use of these flexibilities to overcome the constraints of the HV network. This could be done by soliciting stationary storage means, but we propose to do it with EVs, which is still little treated in the literature. For the illustrative cases, we will rely on the work of Felipe Gonzalez Venegas, optimising the use of flexibilities offered by one or more actors, and taking into account a sample of rules set by the network operators. We will also consider the uncertainties inherent to these vehicles. b) A combination of service participation for distribution networks and for frequency control. On this occasion, the previous work of the Chair (P. Codani and O. Borne) will be reviewed in the light of the latest developments in technical and economic regulations; We will of course be able to compare the results with what would have been obtained without taking into account certain battery behaviour parameters. Finally, a sensitivity study could be carried out according to the rate of availability of the terminals (in particular at the workplace) in unidirectional or bi-directional mode, and the rate of EVs that would be V2G compatible.