Offre de thèse "Résilience d’un réseau mixte AC - DC"

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Contexte scientifique

Du fait de la transition énergétique, les réseaux électriques traversent une profonde évolution. La généralisation des productions renouvelables variables, l’exploitation croissante des consommations flexibles, l'adoption du véhicule électrique, l'apparition de stockages d'énergie distribués, sont autant de manifestations de cette évolution. Les réseaux de distribution accueillent la majeure partie de ces nouveaux acteurs, en terme de nombres d'agents si ce n'est de capacité raccordée. 

Ces nouvelles catégories d'agents raccordés au réseaux de distribution partagent plusieurs caractéristiques. D'une part elles sont connectées via des modules d'électronique de puissance : bornes de recharge de véhicules, onduleurs de panneaux photovoltaïques, ... D'autre part bien que le réseau soit en courant alternatif, le fonctionnement interne de ces agents repose souvent sur une tension continue : tension d'une batterie ou d'une cellule photovoltaïque. Dans ce contexte, l'évolution des réseaux de distribution pourrait passer par le déploiement de réseaux mixtes AC-DC. Des appareils fonctionnant naturellement en tension continue pourraient alors être reliés entre eux directement. Ceci permettrait d'éviter de déployer des convertisseurs additionnels et donc de diminuer les coûts environnementaux et économiques. 
En revanche des onduleurs de plus forte puissance seraient nécessaires pour constituer les passerelles entre les sections AC et DC du réseau mixte. 

De tels réseaux mixtes visent à intégrer au mieux les productions décentralisées et les moyens de stockage. Ces équipements sont autant de sources d'électricité potentielles qui pourraient prendre le relais du réseau principal alimentant la poche de distribution lors d'une défaillance. Il est donc nécessaire de reconsidérer les critères de sécurité d'approvisionnement et les réactions en cas de défaut, en prenant en compte ces nouvelles infrastructures. 

Ce sujet de thèse vise donc à étudier la résilience d'un réseau mixte AC-DC. Pour ce faire, on se propose d'étudier aussi bien l'amont que l'aval d'un défaut afin de minimiser ses conséquences. 

• La position des points d'ouverture possibles doit tout d'abord être réfléchie afin de contenir au mieux le défaut, mais également pour permettre le fonctionnement autonome (îlotage) d'une zone capable d'être autosuffisante. 
• Les schémas de protection et de mise à la terre sont prévus pour des réseaux AC d'une part et DC d'une part. L'interaction de ces deux systèmes dans un réseau mixte nécessite une étude spécifique afin de garantir le bon fonctionnement en mode sain et la détection efficace d'un évènement. 
• Lors de la survenue d'un défaut, sa détection peut nécessiter de croiser des mesures faites en plusieurs points. Ceci implique l'utilisation d'un réseau de communication, conjointement avec le réseau de puissance. Les défauts spécifiques au réseau de communication devront être pris en compte. 
• Une fois le défaut détecté et circonscrit et dans l'attente du rétablissement du fonctionnement nominal, l’îlotage d'une zone permet de réduire les nuisances liées au défaut. Cela nécessite toutefois un contrôle spécifique et complexe. La poche îlotée ne dispose plus d'aucune inertie physique. Une interaction spécifique entre les réseaux de puissance et de communication est alors nécessaire pour réguler les flux de puissance. 

Compétences recherchées

La ou le candidat doit avoir des connaissances préalables en génie électrique : électronique de puissance, simulation de convertisseurs, automatique.
La maîtrise d'un langage de calcul scientifique (Python, Julia, Matlab...) est attendue. Un intérêt pour la régulation des réseaux électriques dans leur ensemble est attendu. 

Au delà des compétences scientifiques, le ou la candidat fera preuve de curiosité et doit être capable de travailler en autonomie sur des tâches variées allant de la théorie à la pratique en passant par la simulation et la rédaction.
 

Environnement du projet et organisation du travail

Ce sujet de thèse s'inscrit au sein du projet DC Architect, financé par le Programme et Equipement Prioritaire de Recherche PEPR Technologies Avancées des Systèmes Énergétiques. Ce projet concerne l'étude des lois de contrôle optimales d'un réseau de distribution moyenne tension mixte AC-DC, ainsi que sa conception optimale. L'équipe 'Systèmes Energétiques et transduCteurs Electriques Soutenables' SyEnsCES du laboratoire IETR et l'équipe 'Transducteurs et Systèmes d'Energie' TeSE du laboratoire SATIE y sont impliquées en partenariat avec le laboratoire Ampère à Lyon. 

Cette thèse se déroulera au sein du laboratoire IETR à l'ENS Rennes, campus de Ker Lann. Sa durée est de 36 mois. 

La ou le doctorant sera intégré dans l'équipe SyEnsCES : Systèmes Energétiques et transduCteurs Electriques Soutenables, composée de chercheurs et d'enseignants chercheur, ainsi que d'une dizaine de doctorants, post-doc et ingénieur de recherche. Cette équipe de recherche développe des thématiques centrées sur la conception et le contrôle de systèmes d'énergie, allant du transducteur au réseau électrique. 

Les membres de cette équipe de recherche font également partie du département de Mécatronique de l'ENS Rennes. Ce département rassemble une équipe d'une dizaine de d'enseignants et d'enseignants-chercheurs, ainsi que plus d'une vingtaine de doctorants, ingénieurs, post-doctorants et stagiaires. 

Encadrants :

Roman Le Goff Latimier, Rita Mbayed, Hamid Ben Ahmed, Gurvan Jodin