Thèse de Doctorat
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Item Contribution à l'amélioration des performances d'un système hybride photovoltaïque-Eolien(University of Batna 2, 2024) BENABBES AbderrahmaneCette thèse vise à apporter une contribution au contrôle de la tension du bus continu à travers une chaîne de conversion hybride solaire-éolienne. La chaîne de conversion photovoltaïque considérée est optimisée au moyen d'un convertisseur Boost commandé par MPPT. Les résultats de simulation mettent en évidence les performances de cette conversion. Pour la chaîne de conversion éolienne basée sur une machine asynchrone à cage d'écureuil, deux approches de commande sont introduites : la commande vectorielle et la commande par mode glissant. Ces contrôles sont appliqués dans le but d'assurer la stabilité de l'ensemble turbine-machine-redresseur et d'améliorer la qualité de la tension du bus continu. Les résultats obtenus démontrent clairement que la commande par mode glissant offre une source d'énergie électrique fiable sous diverses contraintes. L'hybridation ainsi réalisée pour la production d'énergie électrique et la gestion des flux d'énergie, à travers des contrôleurs liés par un courant continu, se révèle particulièrement satisfaisante.Item Study, modeling and optimization of power devices: Application to the control of photovoltaic systems Etude, modélisation et optimisation des dispositifs de puissance : Application à la commande des systèmes photovoltaïques(University of Batna 2, 2024) ZERROUMDA BadreddinePower semiconductor devices are an important part of the technological revolution of the second half of the 20 th century as they are the basis of the modern conversion of the electric power. Since the last two decades, new market of power devices has evolved in response to the requirements of emerging technologies such as electric vehicles, hybrid electric vehicles, and renewable energies in general. In such areas, demands of increasing reliability and efficiency are continually growing. In order to fulfill those demands, the scientific community is urged to keep advancing in the design, modeling, and optimization of power devices. The work accomplished in this dissertation was established within this framework of design, modeling, and optimization of power devices, where new approaches of power devices design have been developed and exploited successfully. Precisely, a new approach of junctionless (JL) power devices have been proposed and utilized in power MOSFETs. As a result, two novel power MOSFETs designs have been presented, namely a junctionless planar power MOSFET, and a junctionless trench power MOSFET. Those two devices encompasses improvements related to the physics underlying the functioning of power MOSFETs. Numerical modeling and investigation of the combination of the JL concepts with the planar and trench power MOSFETs have been carried out and presented in this dissertation, and improvements regarding the breakdown capability, the on-resistance, the threshold voltage, the switching speed, and the switching losses have been demonstrated in comparison to high-performance recently published power devices. The analysis of the performance of the JL trench power MOSFET on a circuit level analysis based on the boost DC-DC converter mode of operation is performed, and the results proves the superiority of our proposed device in comparison to its conventional counterpart, which discloses a high performance regarding boost mode operation in DC-DC converters for the control of photovoltaic panels.Item Modélisation, commande et optimisation énergétique d'un système à base de sources renouvelables : application aux bâtiments à basse consommation(University of Batna 2, 2023) ALIBI AbdelaaliHybrid systems using renewable energy sources are attractive solutions for decentralized electricity production. They are used in various applications, particularly for pumping systems, powering isolated sites, and increasingly for building electrification. Given the multitude of energy sources used, it is necessary to master energy management and control. The work presented in this thesis contributes to the control and management of a hybrid system for electricity production intended to supply a building connected to the power grid. The objective is to turn the building into a local renewable energy production cooperative, thus increasing its energy autonomy and reducing its dependence on fossil-based primary production systems. The studied system consists of a photovoltaic generator, a small wind turbine based on a permanent magnet synchronous generator, and an energy storage battery. The optimization of the available energy in each module of the system is carried out by implementing a global control through FS-MPC applied to all system converters. This discrete technique allows predicting the future behaviour of the controlled variable. Its predefined cost function offers flexibility by considering all criteria and constraints to be minimized with the same cost function and simultaneously. The proposed management strategy is based on fuzzy control of battery energy to maintain the energy balance between production and demand in the system, keeping the battery's state of charge within authorized limits. This strategy also controls the building load and the injected power flow into the grid. The FS-MPC control and proposed management strategy are validated by simulations in MATLAB/Simulink, taking into account the variable nature of the used renewable sources and changes in the building load.Item Commande Non Linéaire d’un Système de Puissance Electrique(University of Batna 2, 2023) KHATIR AbdelfatahCe travail est consacré à l’élaboration de lois de commande pour envisager leur exploitation dans l'analyse de la stabilité de certaines classes de systèmes de puissance électrique. Tout en mettant en évidence les propriétés et les avantages d'une famille d'algorithmes de commande adaptatifs utilisant la synthèse de Lyapunov, la théorie des attracteurs terminaux et la modélisation floue en combinaison avec l’une des techniques récentes de contrôle robuste à savoir la commande synergétique. La conception de ces algorithmes est adressée pour surmonter les différents problèmes liés aux systèmes à contrôler, essentiellement basés sur la précision du modèle mathématique et sur la convergence asymptotique dans la conception de la loi de commande synergétique. En effet, deux applications ont été choisies pour évaluer les approches proposées. Dans la première, un contrôleur adaptatif flou synergétique permettant un excellent suivi, a été développé pour commander un convertisseur DC-DC soumis à la fois, à des variations de ligne et de charge. La deuxième application repose sur le développement d’un stabilisateur de puissance (PSS) pour une machine synchrone liée à un jeu de barres infini et à un autre modèle non linéaire d’un système de puissance multi-machines dans le but d’éliminer les oscillations qui surviennent sur le réseau lors de changements brusques des conditions de fonctionnement. Pour évaluer l'amélioration effective apportée par ces algorithmes, une étude expérimentale basée sur dSpace est réalisée et des tests de simulations sont effectués.Item Commande & Diagnostic D’un Véhicule Electrique à Propulsion Bimoteur à Induction Défaillant(University of Batna 2, 2022) YAHIA CHERIF SalahLe véhicule électrique est une adaptation du véhicule conventionnel avec une intégration de systèmes électromécaniques (moteurs électriques). Il semble être l'une des technologies les plus prometteuses pouvant conduire à des améliorations significatives dans les performances des véhicules ainsi que la réduction des émissions polluantes. Le principe de fonctionnement d'un véhicule électrique est basé sur la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique via des moteurs électriques, pour actionner les roues. Au cours des opérations d’un véhicule électrique (démarrage, accélération, décélération, etc), le moteur électrique est continuellement exposé à des perturbations, conduisant parfois à des pannes (défauts électriques et mécaniques). Par conséquent, la connaissance des défaillances pouvant affecter le moteur et la caractérisation des fonctionnements défaillants devient donc primordiale pour éviter toute panne, en particulier dans les applications comme le véhicule électrique où la sécurité du système global est très importante. Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude d’une structure de commande bimoteur a induction défaillant, destinée pour la propulsion d’un véhicule électrique, du point de vue commande via la détection et la localisation de la gravité des défauts (défauts électriques de court-circuit & défauts de capteur de vitesse), visant à limiter leurs effets tout en permettant d’assurer la continuité du service sans dégradation des performances.Item Commande Robuste d'un Système Hybride Solaire-Eolien avec Gestion d'Energie(University of Batna 2, 2024) MECHNANE FaroukLes énergies éolienne et solaire sont de plus en plus utilisées pour générer de l'électricité et répondre à la demande croissante en énergie. Traditionnellement, la majeure partie de l'électricité était produite à partir de combustibles fossiles et de centrales nucléaires, ce qui a contribué aux émissions de gaz à effet de serre et au changement climatique. Cependant, au cours des dernières décennies, les énergies renouvelables, telles que l'énergie éolienne et solaire, ont connu une croissance significative. Ces sources d'énergie renouvelable sont non polluantes, durables et abondantes. Elles offrent une alternative propre aux combustibles fossiles et à l'énergie nucléaire. L'un des avantages clés de l'énergie solaire et éolienne est qu'elles peuvent être utilisées pour fournir de l'électricité aux zones éloignées ou isolées, où le raccordement au réseau électrique traditionnel peut être difficile ou coûteux. Les systèmes solaires et éoliens autonomes, couplés à des systèmes de stockage d'énergie, permettent une alimentation continue et fiable en électricité dans ces régions. Pour augmenter l'efficacité de ces systèmes, en particulier dans les zones soumises à des fluctuations de charge importantes, de nombreux projets font appel à des systèmes hybrides solaires et éoliens. Ces systèmes combinent les avantages de l'énergie solaire et éolienne pour fournir une alimentation stable et fiable. Ils peuvent également intégrer des solutions de stockage d'énergie pour garantir une alimentation continue, même en l'absence de vent ou de soleil. L'objectif de ce travail de thèse est de concevoir un dispositif permettant d'optimiser la gestion des sources à énergies renouvelables en contribuant à la commande du système de production hybride solaire et éolien. Chaque source a fait l’objet d’une étude, de la modélisation des différents éléments afférents à l'application de diverses commandes et par le conventionnel et par les méthodes d’intelligence artificielle avec une comparaison qui s’en suit. En effet, notre travail s'est principalement basé sur l'étude de deux hybridations : une première dédiée au photovoltaïque, à l’éolien et aux batteries, prenant en compte les caractéristiques dynamiques et technologiques de chaque source. Quant à la deuxième, elle regroupe le générateurs PV et l'éolienne comme sources principale et le réseau électrique utilisé comme source d'apoint. Par ailleurs, ce ce travail vise à contribuer à la gestion optimale du système d'énergies renouvelables hybride en proposant un convertisseur multiport avec une stratégie de distribution de flux de puissance, tout en assurant la régulation de la tension de référence au niveau du bus continu. L'ensemble de ces efforts contribue à améliorer l'intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique, en offrant une meilleure gestion et une plus grande fiabilité de l'alimentation en électricité. Ces avancées sont essentielles pour promouvoir une transition énergétique plus propre et plus durable.Item Doctorat Sciences en Eléctotechnique(University of Batna 2, 2023) KHATIR AbdelfatahCe travail est consacré à l’élaboration de lois de commande pour envisager leur exploitation dans l'analyse de la stabilité de certaines classes de systèmes de puissance électrique. Tout en mettant en évidence les propriétés et les avantages d'une famille d'algorithmes de commande adaptatifs utilisant la synthèse de Lyapunov, la théorie des attracteurs terminaux et la modélisation floue en combinaison avec l’une des techniques récentes de contrôle robuste à savoir la commande synergétique. La conception de ces algorithmes est adressée pour surmonter les différents problèmes liés aux systèmes à contrôler, essentiellement basés sur la précision du modèle mathématique et sur la convergence asymptotique dans la conception de la loi de commande synergétique. En effet, deux applications ont été choisies pour évaluer les approches proposées. Dans la première, un contrôleur adaptatif flou synergétique permettant un excellent suivi, a été développé pour commander un convertisseur DC-DC soumis à la fois, à des variations de ligne et de charge. La deuxième application repose sur le développement d’un stabilisateur de puissance (PSS) pour une machine synchrone liée à un jeu de barres infini et à un autre modèle non linéaire d’un système de puissance multi-machines dans le but d’éliminer les oscillations qui surviennent sur le réseau lors de changements brusques des conditions de fonctionnement. Pour évaluer l'amélioration effective apportée par ces algorithmes, une étude expérimentale basée sur dSpace est réalisée et des tests de simulations sont effectués.Item Contribution à la Conception d'un Système de Traction Électrique(University of Batna 2, 2023) LAHRECH Mohamed HichemLe travail présenté dans cette thèse constitue une contribution à la conception d'un système de traction électrique. En premier lieu, nous avons proposé un nouveau concept de transformateur électronique de traction (Power Electronic Traction Transformer PETT) qui utilise des transformateurs à moyenne fréquence (MFT). Il offre un moyen pour réduire le poids, d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires (augmenter l'espace pour l'hébergement des passagers, en particulier sur les trains régionaux) et d'améliorer l'efficacité énergétique. Par contre, les chaînes de traction équipées de transformateur à basse fréquence (LFT) sont lourdes et ont un rendement relativement faible du fait de sa faible fréquence de fonctionnement (typiquement 16,7 Hz ou 50 Hz). En second lieu, nous avons appliqué des topologies récentes de conversion alternatif-continu, la conversion suit deux étapes, dont la première est (AC/DC) tout en utilisant le mode de courant triangulaire intégré (iTCM) pour la conception d’un convertisseur (AC/DC) bidirectionnel à commutation douce basé sur SiC MOSFET 10kV, la deuxième étape de conversion se fait par un convertisseur (DC/DC) bidirectionnel isolé de type LLC SRC basé sur SiC MOSFET 10kV. En dernier lieu, nous avons pu optimiser un PETT à moyenne tension MT qui constitué de six cellules refroidies par air de 170 kW (2,5 kV AC à 1,5 kV DC) chacune, ce qui est comparé au prototype de la société ABB. Le PETT conçu a un rendement très élevé de98,95 % et son poids estimé représente 33% du récent prototype PETT ABB 1,2 MVA et de 70 % du transformateur conventionnel à basse fréquence, où le résultat est très satisfaisant en termes de rendement et de poids.Item Contribution à l’étude des onduleurs neuf niveaux triphasés connectes aux convertisseurs DC-DC survolteurs multi sorties dans des systèmes(University of Batna 2, 2023) ABOUB HaniaLa demande croissante d’énergie électrique est certain qu’elle sera un défi important dans les décennies à venir. Augmentation de la techniques de production d’énergie ou l’améloiration d’efficacité des équipements du système sont les solutions possibles. La présente thèse aborde l’étude d’un générateur photovoltaïque raccordé au réseau électrique par l’association à un onduleur multiniveaux à condensateur commuté. Selon des études menées sur trois topologies de base de convertisseurs multiniveaux conventionnels (CMU) dans la littérature, ces onduleurs permettent une conversion de puissance élevée tout en offrant une qualité d’énergie élevée.(faible THD des ondes de courant et de tension), L’inconvénient majeur d’avoir plus de niveaux est que plus de composants sont utilisés. Pour surmonter cette limitation, les onduleurs à condensateurs commutés à plusieurs niveaux ont été développés au cours des deux dernières décennies pour réduire le nombre de composants (RNC). L’avantage principal de ces onduleurs proposés est de réduire le nombre de sources de tensions continues et de les remplacer par des condensateurs. On a proposé dans cette étude la méthode de rooted tree d’optimisation comme une méthode de résolution pour déterminer les optimums valeurs initiaux des angles des porteuses de la technique de modulation MLIS. L’objectif est d’améliorer la performance et l’efficacité énergétique, le THD du signal de sortie, la stratégie de contrôle, le volume et le coût des onduleurs à plusieurs niveaux. Pour tester l’efficacité de l’ algorithme de RTO, résultats de simulation obtenus sont analyées et commentées. Les résultats démontrent l’efficacité et la faisabilité du système de contrôle proposé.Item CONTRIBUTION A LA CAO OPTIMSEE DES MACHINES ELECTRIQUES, APPLICATION AU MOTEUR LINEAIRE A INDUCTION. Doctorat thesis (2005), Université de Batna 2.(University of Batna 2, 5/2/2017) MOKRANI LAKHDARCe travail concerne la CAO optimisée des machines électriques, appliquée au moteur linéaire à induction. Il comprend le principe, les étapes et les différents approches et outils de la CAO des machines électriques. Il met le point sur les différents outils d’analyse (modèles analytiques et numériques) des machines électriques et les techniques d’optimisation (déterministes et stochastiques) utilisées pour la CAO des actionneurs électromécaniques. Différentes étapes à suivre pour concevoir le plus efficacement possible un moteur électrique de façon générale en utilisant un outil de CAO optimisée seront présentées. Cela consiste tout d’abord à choisir la structure la mieux adaptée à une application donnée ou la plus utilisée tout simplement, puis à optimiser le dimensionnement de cette structure. Ensuite, il sera montré que le moteur linéaire à induction pouvait trouver une place intéressante parmi les différents systèmes de traction électrique à mouvement linéaire. En effet, même s’il semble être pénalisé par la présence d’effets d’extrémités, comparativement à son homologue rotatif, une optimisation de sa conception peut permettre d’obtenir une solution relativement compétitive. En application de cette méthodologie, on a élu et présenté le moteur linéaire à simple induction, parmi les différentes structures possibles du moteur linéaire à induction, qui semble être le plus utilisé. Deux types d’outils d’analyse en 2D du moteur linéaire à induction, à savoir un modèle analytique basé sur la méthode des couches et un modèle numérique basé sur la méthode des éléments finis, ont été présentés et validés. Pour réaliser la deuxième étape de la conception, quelques techniques d’optimisation stochastiques, à savoir la méthode de Monte-Carlo, la méthode du recuit simulé et la méthode des algorithmes génétiques, afin d’améliorer les performances d’un moteur linéaire à simple induction initial, ont été appliquées. Une deuxième alternative d’optimisation composée de deux stratégies déterministes (à savoir la méthode énumérative et la méthode SQP), a été utilisée pour optimiser la CAO d’un moteur linéaire à induction. Enfin, la technique SQP a été combinée avec les algorithmes génétiques et a abouti à des résultats intéressants du point de vue efficacité de détermination de l’optimum global d’une manière tenace et précise. Dans les deux cas, quelques performances d’un moteur linéaire initial ont pu être améliorées, à savoir le facteur KW/KVA (produit du facteur de puissance et du rendement) et le rapport de la force de démarrage au poids du moteur, tout en respectant un ensemble de contraintes structurelles et physiques, pour assurer la faisabilité de la conception