Distributed Cooperative Control for DC Microgrids

Commande distribuée coopérative appliquée aux microgrids à courant continu Au cours des dernières années, le réseau électrique connait une transformation rapide avec la pénétration massive des unités de production renouvelables et distribuées. Le concept de microgrids (micro-réseau électrique) est un élément clés de cette transition énergétique. Ces micro-réseaux sont constitués par un ensemble de plusieurs unités de production distribuées (DGUs), d'unités de stockage (SUs) et de charges interconnectées par des lignes électriques. Un microgrid peut être installé dans plusieurs endroits, par exemple dans des maisons, des hôpitaux, des quartiers, etc. et fonctionne soit en mode connecté au réseau principale, soit en mode isolé (autonome). Les microgrids sont confrontés à plusieurs défis liés à la garantie de la stabilité, la cybersécurité, l'optimisation des coûts énergétiques, la gestion de l'énergie, la qualité de l'énergie, etc. Dans ce travail, nous concentrons notre attention sur le contrôle des microgrids à courant continu en mode de fonctionnement autonome. La principale contribution de cette thèse est l’établissement de lois de commande par retour d’état distribuées assurant un partage de courant proportionnel entre les unités de production, une régulation de la tension moyenne des lignes et un équilibrage simultané des états de charge des éléments de stockage. En partant de l'hypothèse que les agents (DGU ou SU) ont les mêmes paramètres physiques, la preuve de la convergence exponentielle et globale est donnée en l’absence d’une connaissance de la charge présente sur le réseau. La thèse est divisée en trois parties. La première partie présente le concept des microgrids, un état de l’art sur leurs stratégies de contrôle et les préliminaires mathématiques nécessaires tout au long du manuscrit. La deuxième partie constitue la contribution théorique de cette thèse et aborde la synthèse de lois de contrôle distribuées, garantissant les objectifs envisagés en l’absence d’une connaissance de la charge variable sur le réseau et même en cas de perturbation constantes au niveau de l’entrée de commande. Cette garantie est apportée en considérant trois actions intégrales distribuées de type consensus. Dans la troisième partie, les contrôleurs proposés sont évalués dans différents scénarios par le biais de simulation Matlab/Simulink et de tests Hardware-in-the-Loop (HIL) en temps réel. Les résultats montrent que les objectifs de contrôle sont atteints avec succès, ce qui illustre l'efficacité de la méthodologie de contrôle proposée.