Sujet de Stage

Contexte

Un levier clé dans la lutte contre le changement climatique est la transition vers des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et éolienne. Cette transition a entraîné, au cours de la dernière décennie, un changement de paradigme majeur : la production et le stockage de l'énergie deviennent de plus en plus distribués, et les composants à courant alternatif (AC) sont progressivement remplacés par des dispositifs à courant continu (DC). Dans ce contexte, les micro-réseaux DC ont émergé comme un paradigme prometteur pour l'intégration des sources renouvelables et du stockage local. Leur fonctionnement repose fortement sur des convertisseurs électroniques de puissance, qui gèrent les flux d'énergie entre plusieurs sources, éléments de stockage et charges. Garantir un fonctionnement efficace, stable et fiable de ces convertisseurs est donc essentiel. Ces enjeux constituent le coeur du projet ANR JCJC CASIMIR. Les convertisseurs utilisés dans les micro-réseaux DC sont communément appelés convertisseurs multiports, car ils interfacent plusieurs sources d'énergie et charges via plusieurs ports. Une caractéristique clé de ces systèmes est qu'ils présentent des degrés de liberté dans les entrées de commande par rapport à l'objectif principal de contrôle, à savoir le maintien de la tension du bus DC. Le principal défi abordé dans ce stage consiste à exploiter ces degrés de liberté afin d'améliorer les performances tout en préservant la stabilité et la régulation de la tension. L'approche envisagée dans CASIMIR repose sur l'allocation dynamique de commande, qui décompose l'actionnement en trois composantes coordonnées : (i) un stabilisateur garantissant la régulation de la tension, (ii) un optimiseur répartissant les courants entre les différents ports afin de minimiser les pertes ou de satisfaire des critères secondaires, et (iii) un annihilateur garantissant que ces objectifs secondaires n'interfèrent pas avec la tâche principale de régulation. Si ces techniques sont bien établies pour les systèmes linéaires, leur extension aux systèmes non linéaires, tels que de nombreuses architectures de convertisseurs multiports, reste largement inexplorée. La stratégie adoptée ici consiste à se concentrer, dans un premier temps, sur une topologie multiport bien maîtrisée, comme étape préalable à la généralisation de l'allocation dynamique de commande aux systèmes non linéaires.

Objectifs

Ce stage porte sur l'étude d'une architecture spécifique de convertisseurs multiports : des convertisseurs Boost montés en parallèle. L'objectif est de concevoir et d'évaluer une stratégie d'allocation dynamique de commande, puis d'en comparer les performances avec des approches de commande classiques. Le travail est structuré autour des tâches suivantes : - Construire et valider un modèle dynamique non linéaire de l'architecture de convertisseurs Boost en parallèle. - Concevoir un stabilisateur assurant la régulation de la tension du bus DC, avec un accent particulier sur les méthodes basées sur les fonctions de Lyapunov. - Concevoir un optimiseur répartissant le courant entre les différents convertisseurs afin de minimiser les pertes de conduction en régime permanent. - Concevoir un annihilateur en régime permanent garantissant la préservation de l'objectif de régulation de la tension. - Simuler l'ensemble de la stratégie d'allocation dynamique de commande sous MATLAB/Simulink et comparer ses performances à celles de stratégies de commande standards (par exemple, commande de tension à base de PI, commande par droop). - Comparer les performances des stratégies d'allocation dynamique de commande avec celles des approches existantes issues de la communauté de l'électronique de puissance.