Supervision, Énergie solaire, Systèmes Électriques

Politique scientifique, Objectifs

L’activité scientifique de l’équipe « Supervision, Énergie solaire, Systèmes Électriques » est dédiée à l’étude, la caractérisation, la modélisation, la gestion et la supervision de systèmes électriques intégrant principalement des sources à énergies renouvelables. Les systèmes utilisant ou couplant les sources photovoltaïque (PV), photovoltaïque sous concentration (CPV) et solaire thermique à d’autres sources sont le centre de nos études.

Thèmes scientifiques

Personnels de l'équipe

Permanents



Thierry TALBERT, MdC UPVD, Responsable
Monique POLIT, PR Emérite
Olivier FRUCHIER, MdC UPVD
Dorian GACHON, MdC UPVD
Frédérik THIERY, MdC UPVD
Adama TRAORE, MdC UPVD

Doctorants



Emilien DUVERGER (depuis 2015)

Thème 1 : Modélisation et caractérisation électriques de composants pour le solaire - Olivier Fruchier et Dorian Gachon

Un système électrique est constitué à minima des modules suivant : une/des sources (PV, CPV, éolien, pile à combustible), un/des systèmes de conversion de l’énergie électrique (hacheur, onduleur), un/des systèmes stockages (batterie, H2) et un/des systèmes de commande et de supervision. L'évolution de l'électronique des semi-conducteurs amène à modéliser et caractériser les nouveaux composants (interrupteurs, cellules PV etc.) lorsque ceux-ci sont soumis à des contraintes de fonctionnement particulières. Dans le domaine du photovoltaïque, les évolutions technologiques des cellules PV et CPV nécessitent la réalisation de nouveaux composants semi-conducteurs, en particulier interrupteurs et commande associée. Ces éléments doivent être caractérisées mais aussi modélisés électriquement. L’équipe SEnSE travaille principalement sur :

  • La modélisation électrique basse fréquences (paramètres Z et H) et hautes fréquences (paramètres S). La réalisation de nouveaux interrupteurs, dans notre cas de transistors GaN forte puissance (interaction avec l’équipe ISGE du LAAS), nécessite la caractérisation électrique et la mise au point des modèles correspondants en BF et HF. Ces modèles seront utilisés dans le thème Gestion de systèmes électriques/Électronique de puissance et Gestion de systèmes électriques/Architecture de commande distribuée.
  • La modélisation électromagnétique pour l’étude de la CEM conduite et rayonnée. La mise en place d’une architecture de commande distribuée, nécessite la connaissance des interactions électriques entre les différents éléments constituant le circuit (composants passifs, interrupteurs et circuiterie). L’étude de la signature électrique, des harmoniques de courant qui sont conduites et aussi rayonnées dans le réseau électrique, va permettre de mettre en place un modèle de CEM. Ce modèle sera utilisé pour la mise en place de la commande distribuée pour la réalisation, entre autre, de la commande des convertisseurs DC/DC  (Gestion de systèmes électriques/Électronique de puissance et Gestion de systèmes électriques/Architecture de commande distribuée).

Outils à disposition : bancs de caractérisations électriques I(V) et C(V) en BF et HF, banc de caractérisation thermique (Fig. 1, Fig. 2)

Thème 2 : Gestion de systèmes électriques

Les sources à base de cellules PV, à l’identique des éoliennes, sont des ressources hautement fluctuantes et difficilement prévisibles. Leur intégration dans un système électrique en tant que source principale ou en complément nécessite le développement de nouvelles structures électrique de conversion et de gestion, si on désire minimiser, voir supprimer les éléments de stockage. Ces nouveaux développements mettent en œuvre des recherches dans les domaines de :

  • L’embarqué : pour la réalisation entre autre de smart-sensor communicant ;
  • L’électronique de puissance : pour la réalisation de nouvelles architectures maximisant le rapport poids/puissance des systèmes de conversion électrique ;
  • La commande : dont l’architecture nécessite d’être distribuée suite à la multiplication des convertisseurs électriques que l’on retrouve de plus en plus nombreux sur les réseaux contenant des EnR et dont les fonctionnements interférent de plus en plus entre eux.

À l’ensemble de ses recherches, les signatures électriques des défauts et la réalisation de superviseur est nécessaire pour permettre un fonctionnement optimal de l’énergie électrique utilisée dans un système autonome et/ou un réseau électrique intelligent.

Sous-thème 1 : Systèmes d’électronique embarquée - Dorian Gachon

L’équipe SenSE réalise des systèmes d’électronique embarquée pour la conception de smart-sensor (mesure de courant de tension pour les installations PV et smart-grid, de systèmes environnementaux, etc.), des capteurs pour les applications en régimes sévères et milieux hostiles (collaboration avec Frec|n|sys la seule fonderie française de composants SAW et RF-MEMS de type filtre, résonateurs et capteurs), des systèmes de communication basse consommation (LoRa, SigFox) et des systèmes de commande sur puce (PIC, AVM, ARM, FPGA) et intégration de la commande spécifique avec le langage associé (C, VHDL).

Les systèmes de mesure temps réel sont actuellement utilisés pour la mesure de la consommation énergétique du bâtiment Wallon du projet Rivesaltes-Grid en collaboration avec la Compagnie du vent  (groupe Engie, Fig. 3). 

Les commandes des convertisseurs pour le CPV utilisent des FPGA Altera. (Fig. 4, Électronique de puissance, Architecture de commande distribuée).

Sous-thème 2 : Électronique de puissance – Thierry Talbert

L’équipe SenSE conçoit et développe des architectures de conversion de l’énergie électrique (hacheurs buck, boost, sepic, multiniveaux...) pour la réalisation de bus de tension continue à destination des systèmes de production d’énergie (PV, CPV, Fig. 6, Fig. 7) et des architectures (puissance et commande spécifiques) pour les systèmes de charge/recharge de batteries (Fig. 5). 

Sous-thème 3 : Architecture de commande distribuée – Frederik Thiery 

La parallélisation de convertisseurs statiques en particulier dans le cas de structures 1 convertisseur/1 panneau PV/1 cellule CPV amène à des problèmes de « flickering ». L’équipe SenSE développe des solutions logicielles basées sur de nouvelles architectures de commande utilisant le principe de la commande distribuée pour l’ensemble des convertisseurs. Les commandes ne sont plus synchronisées mais désynchronisées. Ces désynchronisations (ou injection de commandes déphasées) sont gérées par un superviseur (Fig. 8). Les architectures distribuées développées sont aussi utilisées dans le thème Réseau électrique intelligent.

Sous-thème 4 : Réseau électrique intelligent

Le smart-grid étudié par l’équipe SEnSE est une structure micro-grid ou bloc constitué par des sources d'énergies renouvelables, du stockage sous forme électrolytique et des EMS (Energy Management Systems). L’objectif est ici de proposer de une optimisation des échanges énergétiques entre les différents blocs en intégrant la détection de défauts électriques sur le réseau. Notre équipe travaille actuellement sur un micro-grid de 140kW à Rivesaltes, constitué par du PV (60kW), du stockage (80kW), un véhicule électrique et un bâtiment en autoconsommation. Les techniques utilisées consistent à réduire la puissance appelée sur le réseau de distribution en cas de besoin et d’augmenter la production d’électricité par des moyens renouvelables, tout en créant de la valeur. Le thème fera appel notamment à des possibilités d’autoconsommation et de report de charge. Le projet en cours se fait avec La Compagnie du Vent (Groupe Engie).

Outil à disposition : Prédiction de la ressource par images satellites
Approche d’estimation de l’irradiation solaire instantanée à partir d’images du canal visible de METEOSAT : méthode GISTEL. Méthode optimisée avec intégration des images infrarouges dans un système d’inférences floues. Cette dernière phase, ajoutée à l’outil de cloud tracking permet une prédiction de l’irradiation solaire globale à court terme (h+12, Fig. 9, Fig. 10).