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Classifcation techniques for non-intrusive load monitoring and prediction of residential loads
No full textNous abordons dans ces travaux l’identification non intrusive des charges des bâtiments résidentiels ainsi que la prédiction de leur état futur. L'originalité de ces travaux réside dans la méthode utilisée pour obtenir les résultats voulus, à savoir l'analyse statistique des données(algorithmes de classification). Celle-ci se base sur des hypothèses réalistes et restrictives sans pour autant avoir de limitation sur les modèles comportementaux des charges (variations de charges ou modèles) ni besoin de la connaissance des changements d'état des charges. Ainsi, nous sommes en mesure d’identifier et/ou de prédire l'état des charges consommatrices d'énergie (et potentiellement contrôlables) en se basant uniquement sur une phase d'entrainement réduite et des mesures de puissance active agrégée sur un pas de mesure de dix minutes, préservant donc la vie privée des habitants.Dans cette communication, après avoir décrit la méthodologie développée pour classifier les charges et leurs états, ainsi que les connaissances métier fournies aux algorithmes, nous comparons les résultats d’identification pour cinq algorithmes tirés de l'état de l'art et les utilisons comme support d'application à la prédiction. Les algorithmes utilisés se différencient par leur capacité à traiter des problèmes plus ou moins complexe (notamment la prise en compte de relations entre les charges) et se ne révèlent pas tous appropriés à tout type de charge dans le bâtiment résidentielSmart metering is one of the fundamental units of a smart grid, as many further applicationsdepend on the availability of fine-grained information of energy consumption and production.Demand response techniques can be substantially improved by processing smart meter data to extractrelevant knowledge of appliances within a residence. The thesis aims at finding generic solutions for thenon-intrusive load monitoring and future usage prediction of residential loads at a low sampling rate.Load monitoring refers to the dis-aggregation of individual loads from the total consumption at thesmart meter. Future usage prediction of appliances are important from the energy management point ofview. In this work, state of the art multi-label temporal classification techniques are implemented usingnovel set of features. Moreover, multi-label classifiers are able to take inter-appliance correlation intoaccount. The methods are validated using a dataset of residential loads in 100 houses monitored over aduration of 1-year
Multi-criteria power system Design approach : application to a sustainable and resilient hydrokinetic turbine for an isolated microgrid
No full textPartout, les populations ont besoin d’énergie pour subvenir à leur besoin et supporter leur développement. Ces travaux se concentrent sur l’accès à l’énergie électrique des zones isolées trop éloignées du réseau électrique principal pour y être connectées. Parmi elles, nous sélectionnons les zones à proximité d’une mer ou d’une rivière dont l’énergie hydrocinétique peut être récupérée et transformée en électricité par une hydrolienne. Les solutions technologiques disponibles sur le marché ne répondent que partiellement aux besoins spécifiques des communautés de ces zones isolées. L’objectif de la thèse est double : proposer une démarche de conception multicritère afin d’imaginer une solution de production énergétique compatible avec les enjeux de développement durable puis appliquer ladite démarche pour concevoir une solution hydrolienne pour micro-réseau isolé qui soit durable et résiliente. La démarche de conception repose sur la prise en compte dès les phases amont du projet de critères qualitatifs et quantitatifs liés aux durabilités technique, économique, environnementale et sociale. L’outil proposé aide le concepteur à dialoguer avec les différentes parties prenantes afin de cibler une solution de production électrique permettant un développement humain, économique, technique, de la communauté, à la fois ancré sur le territoire et respectueux de l’environnement. L’application de la démarche et de l’outil sur l’hydrolienne pour micro-réseau isolé amène au portrait-robot du système et de ses composants. Nous nous inspirons de la philosophie low-tech qui prône des technologies simples, durables, résilientes et accessibles. Nous avons esquissé les caractéristiques de la génératrice électrique de l’hydrolienne puis proposé un modèle analytique multi-physique et des coûts économiques, environnementaux pour un pré-dimensionnement optimisé. La machine est asynchrone à cage avec un bobinage étanche pour un refroidissement ouvert à eau, un banc de condensateur pour un fonctionnement autonome et une plage de vitesse élargie. Nous avons également étudié les effets du bobinage dentaire sur la génératrice asynchrone à cage. Finalement, nous sélectionnons les villages amazoniens de Guyane comme cas d’étude et en particulier la station de recherche CNRS des Nouragues. Nous appliquons la démarche de conception et pré-dimensionnons la génératrice avec les données disponibles avec les objectifs de maximisation du rendement énergétique ou de minimisation de la masse de la machine et des coûts économiques et environnementaux.Everywhere, populations need energy to satisfy their needs and support their development. This work focuses on access to electrical energy in isolated areas that are too far from the main electricity grid to be connected to it. Among them, we select areas near a sea or river where hydrokinetic energy can be harnessed and transformed into electricity by a hydrokinetic turbine. The technological solutions available on the market only partially meet the specific needs of communities in these isolated areas. The objective of the thesis is twofold: to propose a multi-criteria design approach in order to imagine an energy production solution compatible with the challenges of sustainable development, and then to apply this approach to design a hydrokinetic turbine solution for isolated micro-grids that is sustainable and resilient. The design approach is based on the consideration of qualitative and quantitative criteria related to technical, economic, environmental and social sustainability from the upstream phases of the project. The proposed tool helps the designer to dialogue with the various stakeholders in order to target an electricity production solution that allows for human, economic, technical and community development that is both anchored in the territory and respectful of the environment. The application of the approach and the tool on the hydrokinetic turbine for isolated micro-grids leads to a sketch of the system and its components. We have been inspired by the low-tech philosophy that advocates simple, sustainable, resilient and accessible technologies. We sketched the characteristics of the turbine's electrical generator and then proposed a multi-physical analytical model and economic, environmental and cost analysis for an optimized pre-sizing. The machine is a squirrel-cage induction machine with a waterproof winding for open water cooling, a condenser bank for autonomous operation and an extended speed range. We have also studied the effects of the tooth-coiled winding on the asynchronous generator. Finally, we selected the Amazonian villages of French Guiana as a case study and in particular the CNRS research station of Nouragues. We apply the design approach and pre-size the generator with the available data with the objectives of maximizing the energy efficiency or minimizing the mass of the machine and the economic and environmental costs
Contribution to the synchronizing torque coefficient assessment and analysis of its impact on a low inertia electrical network
No full textFace aux défis climatiques et aux contraintes environnementales liées aux énergies fossiles, de plus en plus de pays ont fait le pari des énergies renouvelables (EnR), essentiellement de types intermittents comme l’éolien ou le solaire. Cependant l’intégration de ces sources d’énergies au réseau n’est pas sans conséquence et pose de réels défis. En effet, certaines de ces technologies énergétiques sont dépourvues d’inertie inhérente telle que le solaire photovoltaïque et d’autres ne peuvent contribuer efficacement à l’inertie du réseau du fait l’interface d’électronique de puissance à travers laquelle l’énergie est injectée au réseau. Ainsi, un scénario de remplacement des machines synchrones par ce type de technologie risque à terme d’impacter la stabilité du réseau. L’objectif des travaux menés dans cette thèse était donc d’approfondir la compréhension de l’impact de la pénétration de puissances non synchrones sur la stabilité à travers l’évaluation et l’analyse de l’évolution des coefficients du couple synchronisant des machines du réseau. Dans ce but, deux méthodes d’évaluation du CCS ont été adaptées et implémentées, de même pour deux modèles moyens de parc éolien (MASDA et MSAP). Ainsi, les différents travaux réalisés sur des modèles de réseaux de complexité différente (4 machines, 3 machines modifié, 10 machines) ont permis de mettre en évidence un impact du remplacement de machines synchrones par des puissances non synchrones sur le coefficient du couple synchronisant. Une tendance à la baisse de ces coefficients a été observée pour un réseau simple de 4 machines avec une topologie symétrique. Cependant cette tendance n’a pu être généralisée sur des réseaux plus complexes. Par ailleurs, la réalisation d’une optimisation des flux de puissance basée sur la maximisation du CCS a permis d’améliorer la résilience du réseau à la suite d’une perturbation par un dévoiement moindre du taux de variation de la vitesse rotorique, ouvrant ainsi la voie à une meilleure gestion du contexte étudié.Faced with the challenges of climate change and environmental constraints related to fossil fuels, more and more countries have opted for renewable energies (RE), mainly intermittent types such as wind and solar. However, the integration of these energy sources into the grid is not without consequences and poses real challenges. Indeed, some of these energy technologies have no inherent inertia, such as solar photovoltaic, and others cannot effectively contribute to the inertia of the grid due to the power electronics interface through which the energy is injected iin the power system. Thus, a scenario of the replacement of synchronous machines by this type of technology may eventually impact the power system's stability. The goal of the work carried out in this thesis was, therefore, to deepen the understanding of the impact of non-synchronous power penetration on stability through the evaluation and analysis of the evolution of the power system's synchronizing torque coefficients evolution. For this purpose, two STC evaluation methods have been adapted and implemented as two average wind farm models (MASDA and MSAP). Thus, the different works carried out on different complexity power system models (four machines, three modified machines, ten machines) have highlighted an impact of the replacement of synchronous machines by non-synchronous powers on the synchronizing torque coefficient. A downward trend in these coefficients was observed for a simple power system of 4 machines with a symmetrical topology. However, this trend could not be generalized to more complex networks. Moreover, the realization of a power flow optimization based on the maximization of the STC improved the power system's resilience following a disturbance by a lesser deviation of the rotor speed variation rate, thus opening the way to better management of the studied context
Contributions méthodologiques à l'éco-conception des convertisseurs électromagnétiques d'énergie
No full textMinimizing environmental impacts of human activity represent a major objective of sustainable development considering resources depletion and the limited capabilities of the environment to adapt. Devices with better environmental performance require a specific design approach integrating credible environmental criteria. It is indeed by acting at the early phase of design that it is likely to provide the maximum flexibility to minimize environmental impacts of a product (or service). This method is called eco-design. In the field of eco-design, these works are conduct on applications of electrical engineering and more specifically of electromagnetic energy converters. These components have the distinction of consuming energy during use. This particularity implies a strong connection between the operating mode of the device and its life cycle design. This thesis propose in a first part an introduction to life cycle assessment and to the basic principles of eco-design. The methodological perspectives that these considerations open in the specific field of Electrical Engineering are then described. In a second part, three Electrical Engineering cases of increasing complexity are studied : a simplified single-phase transformer, a permanent capacitor single-phase induction machine with very short operating times (real commercial product) and finally a three-phase induction machine with optimized power supply. These applications are used to emphasize the principles of eco-design and are optimized regarding three environmental criteria : the gross energy requirement, the resources depletion and the global warming potential. In fact, taking into account other environmental impacts is identical in terms of methodology. In these studies, we show that it is interesting to optimize the design of these electromagnetic converters on life cycle, when their cumulative operating time is small compared to the total time of use. The amount of operating losses is also a parameter having a significant action on the results of eco-design. The setting of these applications is also subject to various sensitivity studies in order to determine more precisely the influence of the elementary energy costs, the choice of raw materials, etc.. Finally, we introduce the definition of an energy efficiency on life cycle more appropriate to an eco-design methodology.Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale
Design of the future Low Frequency Demand Disconnection scheme
No full textLe délestage fréquence-métrique est une mesure d’urgence afin d’éviter un black-out total du système électrique dû à une consommation soutirée du système électrique plus importante que celle injectée. Cette différence production/consommation implique une chute de la fréquence du système électrique qui doit alors puiser dans l’énergie cinétique des machines connectées à celui-ci. Dans le cas du délestage fréquence-métrique, ce sont d’importants déséquilibres (de quelques pourcentages à plusieurs dizaines de pourcentages) qui doivent être stoppés en déconnectant de manière automatique une partie de la consommation. En effet, l’énergie cinétique stockée (appelée indirectement inertie dans le cadre du système électrique) n’est pas suffisante pour compenser le déséquilibre sur des temps longs : la fréquence chute rapidement en quelques secondes/dizaines de secondes. Cette sous-fréquence est synonyme d’une instabilité importante et plusieurs appareils sont susceptibles de se déconnecter automatiquement pour éviter d’endommager le matériel ou parce que le système électrique auquel ils sont connectés ne parait lui-même pas stable. Le système électrique européen pourrait, en théorie, fonctionner en sous-fréquence si la fréquence est supérieure à 47.5Hz, fréquence de déconnexion automatique des centrales nucléaires. Le système électrique européen étant interconnecté, de nouveaux codes réseaux sont à mettre en œuvre afin d’harmoniser le fonctionnement des plans de délestage fréquence-métrique de chaque gestionnaire de réseau. Dans ce contexte, la chaire industrielle de recherche Smart Grids d’Enedis a financé ces travaux de thèse afin d’étudier plus en profondeur, l’impact de ce nouveau plan de délestage ainsi que les performances du plan actuel. Cette thèse propose de faire un lien entre la recherche académique et l’industrie. Dans un premier temps, trois cas d’activation du délestage sur le système électrique Européen ont été étudiés (dont deux n’ayant pas permis de contenir le black-out), ce qui permet alors d’aborder le paramétrage théorique d’un plan de délestage traditionnel. Ensuite, il a été montré, grâce à des données issues des consommations de plusieurs milliers de départs en France, qu’il y a un impact non négligeable quant à la manière d’implémenter un plan de délestage. De même, l'impact de l'insertion de production décentralisée a été considérée vis-à-vis des différentes méthodes pour implémenter un plan de délestage. Finalement une partie prospective, plus académique, a permis de montrer qu’en modifiant légèrement les algorithmes de délestage, il est possible d’améliorer la réponse de ce dernier afin de délester au mieux la consommation correspondant au déséquilibre.Under-frequency load shedding is an emergency measure to avoid a total blackout of the electrical system due to a greater consumption of the electrical system than the injected production. This production/consumption difference implies a drop in the frequency of the electrical system which must then draw on the kinetic energy of the machines connected to the electrical system. In the case of the under-frequency load shedding these are major imbalances (from a few percents to several tens of percents) which must be stopped by automatically disconnecting parts of the consumption. Indeed, the stored kinetic energy (indirectly called inertia within the framework of the electrical system) is not sufficient to compensate the imbalance over long periods: the frequency drops quickly in a few seconds/tens of seconds. This under-frequency is synonymous with significant instability and several devices are likely to disconnect automatically to avoid damaging the equipment or because the electrical system to which they are connected does not itself appear stable. The European electrical system could, in theory, operate at under frequency if the frequency is greater than 47.5 Hz, which is the frequency of automatic disconnection of nuclear power plants. The European electrical system being interconnected, new network codes are to be implemented in order to harmonize the operations of the under-frequency load shedding plans of each system operator. In this context, the Enedis Smart Grids industrial research chair funded this thesis in order to study depthly the impact of this new load shedding plan as well as the performance of the current implemented scheme. This thesis proposes to make a link between academic research and industry. Initially, three cases of load shedding activation over the European electrical system are studied (two of which did not allow the blackout to be contained), which then makes it possible to study the theoretical configuration of a traditional under-frequency load shedding scheme. Then, thanks to data from the consumption of several thousands of feeders in France, it is shown that there is a significant impact on the implementation method of a load shedding scheme. Likewise, the impact of the integration of decentralised generation is considered with regard to the different methods for implementing a load shedding plan. Finally, a more academic, prospective part made it possible to show that by slightly modifying the load shedding algorithms, it is possible to improve the load shedding response in order to best shed the consumption corresponding to the imbalance
Contributions méthodologiques à l'éco-conception des convertisseurs électromagnétiques d'énergie
No full textMinimizing environmental impacts of human activity represent a major objective of sustainable development considering resources depletion and the limited capabilities of the environment to adapt. Devices with better environmental performance require a specific design approach integrating credible environmental criteria. It is indeed by acting at the early phase of design that it is likely to provide the maximum flexibility to minimize environmental impacts of a product (or service). This method is called eco-design. In the field of eco-design, these works are conduct on applications of electrical engineering and more specifically of electromagnetic energy converters. These components have the distinction of consuming energy during use. This particularity implies a strong connection between the operating mode of the device and its life cycle design. This thesis propose in a first part an introduction to life cycle assessment and to the basic principles of eco-design. The methodological perspectives that these considerations open in the specific field of Electrical Engineering are then described. In a second part, three Electrical Engineering cases of increasing complexity are studied : a simplified single-phase transformer, a permanent capacitor single-phase induction machine with very short operating times (real commercial product) and finally a three-phase induction machine with optimized power supply. These applications are used to emphasize the principles of eco-design and are optimized regarding three environmental criteria : the gross energy requirement, the resources depletion and the global warming potential. In fact, taking into account other environmental impacts is identical in terms of methodology. In these studies, we show that it is interesting to optimize the design of these electromagnetic converters on life cycle, when their cumulative operating time is small compared to the total time of use. The amount of operating losses is also a parameter having a significant action on the results of eco-design. The setting of these applications is also subject to various sensitivity studies in order to determine more precisely the influence of the elementary energy costs, the choice of raw materials, etc.. Finally, we introduce the definition of an energy efficiency on life cycle more appropriate to an eco-design methodology.Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale
Contributions méthodologiques à l'éco-conception des convertisseurs électromagnétiques d'énergie
No full textMinimizing environmental impacts of human activity represent a major objective of sustainable development considering resources depletion and the limited capabilities of the environment to adapt. Devices with better environmental performance require a specific design approach integrating credible environmental criteria. It is indeed by acting at the early phase of design that it is likely to provide the maximum flexibility to minimize environmental impacts of a product (or service). This method is called eco-design. In the field of eco-design, these works are conduct on applications of electrical engineering and more specifically of electromagnetic energy converters. These components have the distinction of consuming energy during use. This particularity implies a strong connection between the operating mode of the device and its life cycle design. This thesis propose in a first part an introduction to life cycle assessment and to the basic principles of eco-design. The methodological perspectives that these considerations open in the specific field of Electrical Engineering are then described. In a second part, three Electrical Engineering cases of increasing complexity are studied : a simplified single-phase transformer, a permanent capacitor single-phase induction machine with very short operating times (real commercial product) and finally a three-phase induction machine with optimized power supply. These applications are used to emphasize the principles of eco-design and are optimized regarding three environmental criteria : the gross energy requirement, the resources depletion and the global warming potential. In fact, taking into account other environmental impacts is identical in terms of methodology. In these studies, we show that it is interesting to optimize the design of these electromagnetic converters on life cycle, when their cumulative operating time is small compared to the total time of use. The amount of operating losses is also a parameter having a significant action on the results of eco-design. The setting of these applications is also subject to various sensitivity studies in order to determine more precisely the influence of the elementary energy costs, the choice of raw materials, etc.. Finally, we introduce the definition of an energy efficiency on life cycle more appropriate to an eco-design methodology.Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale
Contributions méthodologiques à l'éco-conception des convertisseurs électromagnétiques d'énergie
No full textMinimizing environmental impacts of human activity represent a major objective of sustainable development considering resources depletion and the limited capabilities of the environment to adapt. Devices with better environmental performance require a specific design approach integrating credible environmental criteria. It is indeed by acting at the early phase of design that it is likely to provide the maximum flexibility to minimize environmental impacts of a product (or service). This method is called eco-design. In the field of eco-design, these works are conduct on applications of electrical engineering and more specifically of electromagnetic energy converters. These components have the distinction of consuming energy during use. This particularity implies a strong connection between the operating mode of the device and its life cycle design. This thesis propose in a first part an introduction to life cycle assessment and to the basic principles of eco-design. The methodological perspectives that these considerations open in the specific field of Electrical Engineering are then described. In a second part, three Electrical Engineering cases of increasing complexity are studied : a simplified single-phase transformer, a permanent capacitor single-phase induction machine with very short operating times (real commercial product) and finally a three-phase induction machine with optimized power supply. These applications are used to emphasize the principles of eco-design and are optimized regarding three environmental criteria : the gross energy requirement, the resources depletion and the global warming potential. In fact, taking into account other environmental impacts is identical in terms of methodology. In these studies, we show that it is interesting to optimize the design of these electromagnetic converters on life cycle, when their cumulative operating time is small compared to the total time of use. The amount of operating losses is also a parameter having a significant action on the results of eco-design. The setting of these applications is also subject to various sensitivity studies in order to determine more precisely the influence of the elementary energy costs, the choice of raw materials, etc.. Finally, we introduce the definition of an energy efficiency on life cycle more appropriate to an eco-design methodology.Dans un contexte de raréfaction des ressources et de limitation des capacités d'adaptation de l'environnement, la minimisation des impacts environnementaux de l'activité humaine représente un des objectifs majeurs du développement durable. Proposer des dispositifs présentant de meilleures performances environnementales nécessite une démarche de conception spécifique intégrant des critères environnementaux crédibles. Il s'agit en effet d'agir dès la conception d'un produit (ou d'un service) afin de bénéficier du maximum de latitude pour minimiser ses impacts environnementaux. Cette démarche se nomme l'éco-conception. Rejoignant cette thématique, ces travaux ciblent des applications du domaine du Génie Electrique et plus particulièrement celui des convertisseurs électromagnétiques d'énergie. Ces composants présentent la particularité d'être fondamentalement, à l'usage, consommateurs d'énergie. Cet aspect implique un fort couplage entre le mode de fonctionnement du dispositif et son dimensionnement sur son cycle de vie. Ce travail de thèse aborde dans une première partie l'analyse sur cycle de vie ainsi que les principes fondamentaux de la démarche d'éco-conception. Les perspectives méthodologiques que ces considérations ouvrent dans le domaine plus spécifique du Génie Electrique sont ensuite décrites. Dans une seconde partie, trois cas d'étude en Génie Electrique de complexité croissante, font l'objet d'applications des principes d'éco-conception : un transformateur monophasé simplifié à alimentation fixe, une machine asynchrone monophasée à condensateur permanent réelle (produit commercial) et présentant des durées de fonctionnement très brèves, et enfin une machine asynchrone triphasée alimentée à fréquence variable. Les critères environnementaux retenus pour les optimisations sont l'énergie globale sur cycle de vie et les émissions de gaz à effet de serre. En effet, la prise en compte d'autres impacts environnementaux est identique du point de vue méthodologique. Lors de ces études, nous montrons qu'il est intéressant d'optimiser la conception de ces convertisseurs électromagnétiques sur cycle de vie, lorsque leur durée cumulée de fonctionnement est faible devant leur durée d'usage. Le niveau de puissance de fonctionnement des convertisseurs est aussi un paramètre ayant une action significative sur les résultats d'éco-conception. Le paramétrage des trois cas d'études fait par ailleurs l'objet de différentes analyses de sensibilité permettant de cerner plus précisément, sur les résultats d'optimisation, l'influence des coûts énergétiques élémentaires, des choix des matériaux constituant le dispositif, etc. Enfin, pour les convertisseurs d'énergie, nous introduisons la notion de rendement énergétique sur cycle de vie prenant en compte leur efficacité globale
Concevoir Les Réseaux De Distribution Du Futur Avec Une Forte Insertion De Convertisseurs Electroniques
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