SYSTER

En cours

Les transports et l’exploitation des énergies renouvelables font appel à des chaînes de conversion électromécaniques de plus en plus complexes et de natures multi-physiques. Elles nécessitent dès la conception la prise en compte de multiples critères à la fois techniques (performances, encombrement, rendements énergétiques, durée de vie) et économiques (coûts d’investissement, d’exploitation, de maintenance, ...). Un système multi-physique est généralement décrit par des dynamiques très variées, liées aux différents phénomènes physiques modélisés. La difficulté pour simuler de tels problèmes réside dans le fait que les sous-modèles sont couplés et interdépendants avec des constantes de temps éloignées et donc pénalisantes pour le temps de calcul. Ce dernier est par essence une critique dans le cadre d’un travail d’optimisation, pour lequel de nombreuses évaluations du problème sont nécessaires pour converger vers une solution optimale. Ainsi, réduire la complexité de calcul et de simulation de ces systèmes multi-physiques est un levier extrêmement important dans le processus de conception optimale. Pour cela, plusieurs approches sont communément utilisées. Par exemple, il est courant de chercher à découpler les domaines physiques pour partitionner le problème et recourir à des outils de cosimulation. Il est également possible, pour réduire la raideur d’un problème dynamique (rapport entre la dynamique la plus rapide et la dynamique la plus faible), de procéder à des reformulations de certaines parties du système, pour aboutir à des modèles réduits, moyens ou instantanés. Dans tous les cas, pour réduire l’effort de calcul, ces méthodes nécessitent un effort important de modélisation et de reformulation, qui implique généralement une haute expertise scientifique de la part du concepteur. De récents travaux effectués au laboratoire IREENA ont abouti à un formalisme générique de description des cycles d'usage de systèmes dynamiques multi-physiques. Ce formalisme dit multi-couches repose sur la simulation du système sur un ensemble réduit de cycles fondamentaux, dont les résultats sont ensuite extrapolés sur des échelles de temps supérieures. Cette approche permet de réduire considérablement le coût de simulation, même en présence d'une grande disparité de constantes de temps du système. De plus, elle s’appuie sur une formulation complète du problème et ne nécessite donc que très peu d’efforts de reformulation. Reste que cette méthode est limitée à la description de systèmes dynamiques évoluant dans un environnement simplifié, nécessairement déterministe et cyclique. Or, une prise en compte plus fidèle de l’environnement réel est un enjeu particulièrement important pour toute une classe de problèmes du génie électrique, et en particulier dans le contexte de l’exploitation des énergies renouvelables intermittentes, telles que le solaire ou l’éolien. Les profils d'usage ainsi que ceux de la ressource naturelle vont alors présenter un comportement en partie stochastique, qui de ce fait nécessite de mettre en œuvre de nouvelles approches et outils méthodologiques. Nous souhaitons donc, avec le projet SYSTER, dépasser ces contraintes de modélisation en cherchant des solutions originales et innovantes, capables de simuler des systèmes dynamiques multi-domaines fortement couplés à différentes échelles de temps et évoluant dans des environnements complexes et stochastiques. Les domaines d’application de ce travail porteront d’une manière générale sur les chaines de production et de conversion d’énergie électrique, et plus particulièrement sur les dispositifs de production utilisant des énergies nouvelles et renouvelables, qui nécessitent de tenir compte de phénomènes stochastiques, tant au niveau de la ressource que de la charge. L’idée est alors à terme d’arriver à définir un cadre méthodologique générique pour la conception optimisée de ces systèmes, en vue d’assurer des réponses sûres et fiables à des objectifs à la fois techniques et économiques. Les résultats attendus pour cette étude sont surtout d’ordre méthodologiques, puisque nous visons essentiellement à apporter des outils et approches adaptés à ces nouveaux systèmes complexes, en cherchant à systématiser, voir automatiser, un certain nombre d’opérations de modélisation et reformulation.

Retombées du projet

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Personnes engagées sur le projet

Porteur du projet

Partenaire(s) adhérents

Laboratoire Mathématiques Jean Leray (LMJL)

Domaines d'activité stratégiques

Réseaux électriques intelligents


Référent du projet

Fabrice LE DAIN
Chargé de projets

06 66 39 55 43

fabrice.le-dain-s2e2-ext@st.com

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