Évaluation comparative des stratégies de commande centralisées et décentralisées des onduleurs dans des micro-réseaux AC communautaires // Centralized versus decentralized inverter control strategies in a community AC microgrid context

Cette thèse se focalise sur la conception de solution de commande pertinentes dans le cadre plus large des micro-réseaux AC communautaires, avec un taux important de renouvelables, qui sont définis en tant que clusters incluant plusieurs onduleurs de type 'grid-forming' (grid-forming inverters - GFMIs) - i.e., assurant le fonctionnement en mode isolé (ilôté ou 'standalone') du réseau national - et qui assurent les besoins énergétiques d'un quartier résidentiel ou d'un complexe de bâtiments, etc., aussi bien en mode connecté réseau puissant, qu'en mode isolé. On considère une topologie d'onduleur GFMI équipée d'un amortissement amélioré et capable d'assurer d'inertie virtuelle.

En commençant par l'étude du comportement dynamique et de la commande d'un seul GFMI, puis en considérant une topologie de micro-réseau suffisamment représentative - avec au moins deux GFMIs en interaction - cette thèse cherchera à répondre à la question quelle stratégie de commande serait la plus appropriée - entre centralisée et décentralisée - en se basant sur l'évaluation comparative des avantages et inconvénients de chacune des deux par rapport aux objectifs spécifiques des différents cas d'usage.

En se basant sur la mise en place de modèles mathématiques orientés commande, une première étape sera d'identifier quelles stratégies de commande des onduleurs semblent être les plus efficaces aussi bien en mode connecté, qu'isolé. Les commandes doivent intégrer un maximum de contraintes de fonctionnement du micro-réseau, donc une stratégie décentralisée serait recommandable dès le début. Assurer un fonctionnement global flexible et fiable suppose aussi que les commutations entre les deux modes principaux se fasse de la manière la plus 'lisse' possible, tout en garantissant la stabilité globale. La robustesse aux incertitudes paramétriques et/ou à des dynamiques non modélisées est un aspect à prendre en compte obligatoirement, afin de maximiser l'acceptation des commandes proposées dans la pratique industrielle.

Dans une deuxième étape, des validations préliminaires par simulation numérique vont permettre d'aller plus loin vers la validation expérimentale dans un micro-réseau de laboratoire.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

This thesis is focused on providing pertinent control solutions in the larger context of community AC microgrids, largely based on renewables, which are defined as grid clusters including several grid-forming inverters (GFMIs) and designed to serve the energy needs of a residential neighbourhood, a building complex, etc., in both (strong-)grid-connected and standalone operating modes. A GFMI topology equipped with improved damping and virtual inertia is considered.

Starting from studying the dynamic behaviour and control of a single GFMI, then continuing with a sufficiently representative microgrid topology – at least two GFMIs in interaction – this thesis will aim at answering the question whether either centralized or decentralized strategy is better to adopt, based on evaluation of advantages and drawbacks of the two approaches against specific objectives of various use cases.

Based on devising suitable control-oriented mathematical models, a first step will be to identify which control strategies for GFMIs within a community microgrid appear to be most effective in grid-connected, as well as in standalone modes. Control strategies must already envisage embedding a maximum of microgrid operation constraints, that is, a decentralized control vision should be adopted from the very beginning. Operation flexibility also requires that switching between the two modes to be performed as smoothly as possible, while guaranteeing global stability. Robustness to parameter uncertainty and/or unmodelled dynamics should be addressed, in order to maximize industrial practice acceptance of the proposed controls.

In a second step, closed-loop preliminary validations by numerical simulation will provide a basis towards experimental validation of a community microgrid on a laboratory scale.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/07/2025

Programmes gouvernementaux hors France et Union Européenne

Université Grenoble Alpes

220 EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal

La/le candidat.e idéal.e est une personne titulaire d'un mastère en automatique et commande des systèmes, avec des solides connaissances dans la modélisation mathématique des systèmes dynamiques pour des buts de commande linéaire et nonlinéaire et un intérêt et des aptitudes dans la technologie et les applications des convertisseurs d'électronique de puissance pour la conversion de l'énergie. La maîtrise des environnements logiciels PLECS - MATLAB®/Simulink® est indispensable. La maîtrise de la langue anglaise scientifique et technique est fortement attendue. De bonnes capacités en écriture scientifique et utilisation des outils logiciels de traitement du texte (e.g., Microsoft Word et LaTex) sont nécessaires. L'attestation d'une excellente performance académique (relevé des notes, informations sur le classement) doit être fournie. Avoir déjà publié dans des revues et/ou des conférences scientifiques de haut niveau est un plus (mais pas obligatoire).
Ideally, a person holding a master degree in control systems engineering and having a strong background in mathematical modelling of dynamical systems for linear and nonlinear control purpose is necessary, with interest and skills in technology and applications of power electronic converters for energy conversion is sought for. Proficiency in PLECS – MATLAB®/Simulink® is indispensable. Proficiency in scientific and technical English is highly expected. Good skills in scientific writing and text processing software tools (e.g., Microsoft Word and LaTex) are necessary. Proven high academic performance (excellent transcripts and ranking) is expected and must be provided. A record of publications in high-level journals and/or scientific conferences is a plus (but not mandatory).