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«Optimisation de la diffusion de l’énergie dans les Smart Grids» par Guillaume Guerard

Présentée par : Guillaume Guerard Discipline : informatique Laboratoire : PRISM

Résumé :
Les systèmes technologiques actuels comprennent une composante sociétale due à l’impact des utilisateurs. Ces systèmes complexes comportent des sous-systèmes dont les acteurs ont des objectifs divergents voire antagoniques. Considéré comme une évolution du réseau énergétique actuel, le Smart Grid est un parfait exemple de système complexe. Ce terme désigne en particulier un réseau électrique optimisé intégrant le comportement et les actions des utilisateurs (producteurs, consommateurs, consommacteurs, etc.). Ces améliorations du Power Grid ont pour objectif d’améliorer sa qualité et sa sécurité et de réduire son impact environnemental. Les simulations actuelles sont généralement basées sur des technologies spécifiques, limitant l’évolution du modèle proposé. Les défis liés au Smart Grid sont l’hétérogénéité des actions et de leurs intérêts divergeant, et d’autre part une complexité à toute échelle, que ce soit spatiale ou temporelle. Les entités du Smart Grid sont en compétition pour l’obtention de la ressource commune. Par exemple, les consommateurs ont des besoins énergétiques à un cout minimal tandis que les producteurs doivent contrôler la consommation, les pics de demande tout en maximisant leur profit. Les comportements et les relations entre les entités sont donc difficiles à modéliser. Des pressions externes et internes comme la dynamique des prix, les pertes énergétiques, ou les productions erratiques des énergies renouvelables ont une influence sur la structure, l’organisation et le comportement des sous-systèmes et donc du système global. De plus, une mauvaise gestion peut provoquer de nombreuses défaillances du système telles que des brownouts, des blackouts ou des ruptures de lignes du réseau. Nous proposons une modélisation intégrative pour aborder le concept de Smart Grid : chaque composante de notre modélisation prend en compte un aspect de ce dernier et leur intrication mène à une modélisation efficace à toute échelle. Les relations entre entités prennent en compte le caractère dynamique et un superviseur global surveille le réseau pour détecter les seuils critiques ou pour planifier les schémas de consommation future. Cependant, le modèle est impossible à appréhender tel quel et de nombreux scénarios testeront l’influence des divers paramètres, calibreront les algorithmes et ajusteront la gestion locale et globale pour une configuration donnée. Nous proposerons de nouvelles théories pour améliorer ce modèle au niveau de la structure, de la dynamique des prix ou une approche mathématique pour aider à calibrer les simulations.

Abstract :
Current technological systems include a societal component due to the impact of users. These complex systems contain numerous sub-systems which actors have conflicting even antagonist objectives. Considered as the evolution of the current Power Grid, the Smart Grid is a perfect example of complex system. This term refers to an electrical optimized network integrating the behavior and actions of users (generators, consumers, consumactors, etc.). These Power Grid’s upgrades aim to improve quality and security, to reduce environmental impact. Current simulations are done on a specific technology and with a limited evolution. Challenges of Smart Grid are related firstly to the heterogeneity of actors with different interests and secondly to a spatial and temporal multiscale complexity. Smart Grid actors are in a competitive access to a shared resource. For example, consumers express energy requirements with minimal cost while producers have to manage consumption, peaks and to maximize their profits. Dynamics behaviors and relations between entities are difficult to model. External and internal pressures as energy pricing, energy losses or the erratic production of renewable energies influence on the structure, the organization and the behavior of the subsystems and the overall system. Moreover, a bad management causes various structural problems like brownout, blackout, or partial failures. We propose an integrative model to solve the Smart Grid: each component of our model allows to consider one aspect of the grid and it is their intricacy that achieves an efficient modeling. Relations between entities take into account the complex dynamics and an overall supervisor allows network monitoring to detect critical thresholds or to plan consumption schemes. However, the model is impossible to apprehend like this and different scenarios test the influence of parameters, calibrate algorithms and adjust global and local monitoring for a specific case. We also propose some theories to enhance the structural model, to integrate dynamic pricing or to help to calibrate by a mathematical approach of the global problem.
Informations complémentaires
Dritan NACE, Professeur à l’Université de Technologie de Compiègne/Laboratoire Heuristique et Diagnostic des Systèmes Complexes (HEUDIASYC) - UMR CNRS 7253 - Compiègne - Rapporteur
Yury TOMASHEVSKY, Professeur des Universités, à l’Université de Saratov/Yuri Gargarine State Technical - Saratov (Russie) - Rapporteur
Ider STEVEENDORJ, Maître de Conférences, Habilité à Diriger des Recherches, à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Parallélisme, Réseaux, Système, Modélisation (PRISM) - Versailles - Directeur de thèse
Soufian BEN-AMOR, Maître de Conférences, Habilité à Diriger des Recherches, à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Parallélisme, Réseaux, Système, Modélisation (PRISM) - Versailles - Examinateur
Alain BUI, Professeur des Universités, à l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Parallélisme, Réseaux, Système, Modélisation (PRISM) - Versailles - Examinateur
Abdel LISSER, Professeur des Universités, à l’Université Paris Sud 11/Laboratoire de Recherche en Informatique (LRI) - Gif/Yvette - Examinateur
Michael KRAJECKI, Professeur des Universités, à l’Université de Reims Champagne-Ardenne/Département de Mathématiques - Reims - Examinateur
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