CE40 - Mathématiques, informatique théorique, automatique et traitement du signal

Systèmes multi-agents hybrides auto-ajustés pour microgrids – HISPALIS

Systèmes multi-agents hybrides auto-ajustés pour microgrids

Développer dans le cadre d’une modélisation hybride s’appuyant sur la théorie de Lyapunov, la commande d’un micro-réseau multi-agents auto-adaptatif, et proposer des outils d'analyse/conception appropriés pour l’élaboration d’algorithmes robustes distribués.

Conceptions de contrôleurs avancées pour convertisseurs

L'objectif est ici de contrôler les convertisseurs électroniques: DC-DC, DC-AC, AC-DC et AC-AC garantissant stabilité, robustesse et efficacité énergétique, ainsi que la possibilité d'être physiquement mis en œuvre. Dans ce but, nous considérons la théorie de systèmes dynamiques hybrides (HDS) appliquée aux systèmes commutés.

La plupart des convertisseurs de puissance peuvent être modélisés comme des systèmes raffinés commutés avec des matrices Ai Hurwitz ou non. Ensuite, nous pouvons utiliser la représentation hybride donnée par une théorie des systèmes dynamiques hybrides pour fournir des systèmes robustes et stables basés sur les fonctions de Lyapunov. Selon les topologies des convertisseurs, nous traitons différents problèmes: régulation, poursuite, systèmes linéaires à paramètres variables (LPV) et réduction d'énergie.

Nous avons conduit nos recherches théoriques sur le contrôle robuste des systèmes affines à commutation. Le premier livrable y rassemble les principales contributions, liées à la commande hybride de systèmes incluant un temps minimum de séjour, avec des commutations à fréquence constante ou variable, en plus de relaxer la contrainte selon laquelle les sous-systèmes doivent être Hurwitz, c’est-à-dire stables. Ces travaux ont déjà donné lieu à plusieurs publications sur le cas de la commande hybride, en considérant des commutations à fréquences variables mais avec un temps minimum de séjour. De même, une étude de robustesse a été publiée dans 2 publications. Les objectifs de cette tâche ont été complétés, mais nous explorons d’autres résultats théoriques (dans un premier temps en temps discret) pour améliorer les performances de ce type de systèmes. En effet, les recherches précédentes nous ont montré qu’il était intéressant de poursuivre cette voie.
Nous nous sommes intéressés aux thématiques portant sur les applications de la commande hybride aux convertisseurs DC-DC at AC-DC, laquelle est en étroite relation avec les recherches concernant précédemment. Nous avons obtenu des résultats sur la garantie d’un temps minimum de séjour pour la variable de la commande. Des applications de commande hybride sur des convertisseurs DC-DC ont conduit à une publication et sur des convertisseurs AC-DC. Des travaux sur la prise en compte d’un modulateur PWM dans la boucle fermée, pour conclure sur les objectifs de cette tâche, ont été entamé. Des travaux ont aussi avancé avec des résultats publiés sur la commande hybride robuste sur des convertisseurs DC-AC, avec des garanties de mise en œuvre.

Des applications aux convertisseurs AC-AC sont à étudier. De même, des travaux sur la commande hybride de micro-grids DC en mode isolé, ont déjà commencé. Ces travaux sont basés sur la théorie des systèmes multi-agents pour garantir un consensus direct et indirect entre les éléments, tant du côté de la génération, que celui de la demande.

Des travaux expérimentaux sont attendus.

3 articles journaux et 4 conferences dans des revues et conférences réputés du domaine de recherche (automatique et électronique) ont été publiés dans la période.

Ce projet, soumis à l'appel à projets «ANR Jeune Chercheuse, Jeune Chercheur», vise à développer des contrôleurs de systèmes du type « micro-réseau » électronique afin de garantir leur haute fiabilité, leur efficacité énergétique, leur robustesse par rapport aux coupures de courant ou aux changements de paramètres, leur évolutivité, et aussi de faibles pertes de distribution. L'objectif principal est de proposer de nouveaux paradigmes pour la conception de plusieurs niveaux de lois de contrôle pour les systèmes électroniques de puissance aux niveaux des convertisseurs et des micro-réseaux. Les convertisseurs de puissance (DC-DC, DC-AC, AC-DC et AC-AC), où l'utilisation de la théorie des Systèmes Dynamiques Hybrides sera cruciale pour formuler et exploiter les signaux de commande par commutation en vue de réduire l'énergie dissipée et d'améliorer la durée de vie des composants électroniques. En effet, cette théorie récente est parfaitement adaptée à l'analyse de ces convertisseurs électroniques, puisqu'elle permet de combiner les évolutions continues (des tensions et courants) et discrètes (état binaire des commutateurs) en évitant ainsi l'utilisation de modèles moyennés généralement utilisés dans la littérature. De même, un niveau de contrôle externe pour contrôler le micro-réseau sera développé pour fournir une stratégie distribuée qui rend cette micro-réseau évolutive et robuste par rapport aux aléas des sources de puissances et/ou charges, grâce à une formulation faisant référence aux principes de la théorie des Systèmes Multi-Agents. Dans cette stratégie distribuée, il y a plusieurs aspects cruciaux et innovants à considérer tels que l'hétérogénéité, la nature hybride et non linéaire de ces convertisseurs. Les objectifs sont ici de fournir des algorithmes de consensus robustes afin de prendre en compte les variations de paramètres. Une attention particulière sera portée au développement des solutions de contrôle pour le bus DC ainsi que le bus AC, fonctionnant en mode « isolé » ou en mode « de connexion à le réseau principale ». Enfin, compte tenu de sa nature applicative et expérimentale, une grande partie du projet sera consacrée à la validation des contributions et des solutions théoriques proposées sur les installations expérimentales fournies par le bâtiment ADREAM disponible au LAAS-CNRS et à un micro-réseau en construction, MIREDHI-LAB, en Colombie.

Le projet impliquera le recrutement d'un doctorant et de trois étudiants de master 2, pour travailler en étroite collaboration avec les quatre membres permanents et un ingénieur de recherches au LAAS. Alors que le doctorant jouera un rôle principal dans le développement du projet, les étudiants de master 2 seront principalement impliqués dans certains des contextes d'application du projet, où de fortes compétences théoriques ne sont pas nécessaires. Le projet sera également l'occasion de renforcer les collaborations existantes avec des experts du domaine et d'établir de nouvelles collaborations, à travers de l’organisation de visites scientifiques, de séminaires et de sessions invitées dans des conférences de qualités. Les résultats de l'activité de recherche seront publiés dans des revues et des conférences de premier plan dans le domaine du contrôle automatique et de l'électronique de puissance.

Coordination du projet

Carolina Albea Sanchez (Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LAAS-CNRS Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Aide de l'ANR 203 393 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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