Semestre 9 - Parcours Conversion electrique et Réseaux d'Energie (CERE)

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1.1 Conception par optimisation

- Introduction à l'optimisation : Contexte et importance de l'optimisation / Formulation d'un problème d'optimisation / Classification des méthodes d'optimisation

- Méthodes d'optimisation unidimensionnelles : Méthodes d'intervalles (dichotomie, Fibonacci, nombre d'or) / Méthodes d'interpolation / Recherche du passage par zéro de la dérivée

- Méthodes d'optimisation multidimensionnelles : Méthodes analytiques : gradient, gradient accéléré, gradient conjugué, Gauss-Newton, Quasi-Newton (BFGS, DFP) / Heuristiques géométriques : Méthodes de Gauss-Seidel, Powell, Hooke & Jeeves, Nelder & Mead / Méthodes stochastiques : Random Walk, recuit simulé, algorithmes évolutionnaires, méthodes de nichage, essaims particulaires

- Optimisation sous contraintes : Formalisation du Lagrangien / Condition d'optimalité de KKT / Méthodes de pénalisation

- Optimisation multi objectif : Optimalité au sens de Pareto / Classification des méthodes d'optimisation multi-objectifs / Méthodes de pondération, objectif idéal, objectifs bornés, lexicographique, logique floue

- Applications en Génie Electrique : Optimisation d'un connecteur HT / Identification de paramètres / Dimensionnement optimal d'une locomotive hybride / Optimisation d'une chaîne éolienne passive

1.2 Conception système

- Sensibilisation à l'approche système : contexte, enjeux et caractéristiques de la conception système.

- Approche méthodologique : le Bond Graph Causal, Champ applicatif : modélisation en Génie Electrique pour l’analyse systémique. 

- Exemples de modèles pour les convertisseurs statiques, les machines électriques, les composants de stockage, leurs associations

1.3 conception système « BE EHA »

- Modélisation de l’EHA à l’aide de l’outil Bond Graph

- Etude de la causalité du système

- Détermination de la fonction du transfert à l’aide du schéma Bond Graph établit

- Dimensionnement d’un système hybride à base de pile à combustible et de super condensateurs pour l’alimentation de l’EHA

- Gestion énergétique du système hybride : approche fréquentielle

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1.1.1.    Conditionnement rés. Énergie 

·       Rappels sur les réseaux électriques : réglage de tension et de puissance réactive.

·       Fonctionnalités de l'onduleur de tension raccordé à un réseau : contrôle et dimensionnement

·       Compensateurs de puissance réactive à base d'onduleurs de tension

·       Qualité de l'énergie électrique - Filtrage actif.

1.1.2.    Conditionnement rés. Énergie 

Projet d'application du CM "convertisseurs pour conditionnement des réseaux d’énergie

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Cet enseignement présente les topologies de conversion utilisées pour le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension : redresseurs à thyristors, onduleurs de tension, convertisseurs modulaires multiniveaux. Un bureau d'étude portant sur le dimensionnement d'une liaison HVDC illustre les cours.

Projet d'application du CM "convertisseurs pour réseaux HVDC"

Demie-journée thématique: Semiconducteurs de forte puissance : présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par un intervenant industriel (ABB) des technologies de semiconducteurs adaptés aux convertisseurs de forte puissance.

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Conception des convertisseurs statiques, principalement orientée vers l’étude des topologies et la construction de circuits permettant de répondre à un cahier des charges

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Généralités sur la modélisation des convertisseurs

- Problématique - contraintes dynamiques et contraintes de forme Liens entre la structure du convertisseur et la structure de commande - L'approche MLI pour la commande

- synthèse des régulateurs et linéarisation

- Caractérisation des lois de commande en terme de robustesse Prélèvement de l'énergie - filtrage actif - traitement des harmoniques / Exemples d'application: onduleur et redresseur MLI, convertisseur multicellulaire...

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• Appliquer les enseignements des cours "conception des CVS" et "commande des CVS".
• Savoir analyser le fonctionnement d'une Alimentation Sans Interruption industrielle (ASI).
• Apprendre à dimensionner les composants et les boucles de contrôle à partir d'un cahier des charges donné
• Valider les résultats par simulation.

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·         Technologies et modélisation des composants magnétiques en électronique de puissance

·         Technologies et modélisation des composants capacitifs en électronique de puissance

·         Etudes de cas

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Nature des contraintes (environnementales, fonctionnelles de commutation, contraintes d'usage), - Règles de conception, rappels de la SOA, régimes extrêmes des composants semi-conducteurs, robustesse, solutions de protections, - Régimes critiques de défaillance, I²T et énergie de destruction - explosion, solutions de protection, Vieillissement des composants et aspects technologiques, principaux modèles, conception du diagnostic par modèles prédictifs ou capteurs, Approche méthodologique : taux de défaillance, modèle de fiabilité, diagramme de fiabilité, ordres de grandeurs et applications numériques,Application aux structures de conversion sans redondance et avec redondance,Illustration de structures sécurisées à redondance passive parallèle mutualisée et à redondance active série intégrée

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·         Présentation du contexte de la CEM ;

·         Définition du concept d'émission conduite et illustration expérimentale ;

·         Présentation des techniques de mesure standards de l'émission conduite (ex : EN55022, CISPR25) ;

·         Identification des sources et des modes de propagation du bruit conduit produit par un convertisseur de puissance (application à des structures d'alimentation à découpage typique tel que des convertisseurs buck, flyback) ;

·         Présentation d'un modèle électrique simplifié pour la simulation de l'émission conduite d'un convertisseur de puissance ;

·         Description des principales structures de filtre CEM (en mode commun et différentiel), des composants typiques de filtrage et leur dimensionnement ;

·         Présentation et illustration de plusieurs règles de conception faible émission des alimentations à découpage.

Projet d'application du CM "Compatibilité Electromagnétique" (CEM) : Filtrage de l’émission conduite, produite par un convertisseur AC-DC Flyback. L’objectif de ce bureau d’étude est de dimensionner le filtre CEM en entrée d’une alimentation à découpage de type Flyback, afin de le rendre le produit compatible avec le standard EN55022. L’étude s’appuiera sur la simulation (logiciels IC-EMC et WinSPICE/LTSPICE), ainsi que sur des librairies de composants passifs. Les résultats de simulation de l'atténuation du filtre seront comparés à des résultats de mesures expérimentales.

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Convertisseurs X-Niveaux

·         Problème de répartition des contraintes dans les associations série/parallèle de semiconducteurs.

·         Evaluation de différentes solutions.

·         Convertisseurs multiniveaux (FC, NPC, SMC, …).

·         Propriétés spectrales.

·         Applications industrielles.

MLI, Commande vectorielle

·         Convertisseurs à Modulation de Largeur d'Impulsions, analyse des caractéristiques en monophasé, détermination d'une commande vectorielle triphasée par démarche systématique :

·         Commande vectorielle des convertisseurs de tension triphasés (SVM).

·         Contrôle Vectorielle Multiniveaux – Optimisation du Modulateur - Utilisation des Machines d’Etat

Projet d'application des CM "convertisseurs multiniveaux" et "Commande vectorielle". Etude de cas, dimensionnement et validation par simulation numérique (PLECS).

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Etude par simulation, à l'aide du logiciel SABER, d'une machine asynchrone ou synchrone alimentée à l'aide d'un onduleur de tension. Le fonctionnement de la machine (flux, couple, vitesse) est réglé à l'aide d'une stratégie de contrôle vectoriel à orientation du flux. L'onduleur de tension, qui est dans un premier temps idéalisé est ensuite représenté finement, avec différentes solutions pour la génération des commandes. Etude de différentes modulations de l'onduleur MLI.

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Représentations des systèmes multidimensionnels: équations différentielles couplées, matrice de transfert.

- Commandabilité et observabilité des systèmes multidimensionnels.

- Recherche d'une représentation d'état d'un système multidimensionnel à partir d'une matrice de transfert: méthode de Gilbert, méthode des invariants, décomposition en matrice de rang 1

- Conception d'une commande: placement de pôles , décomposition canonique, placement de vecteurs propres, Retour d'états, retour de sortie.

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·      Conception des Réseaux Embarqués Sécurité et fiabilité

·         Intérêt de l’hybridation dans le fonctionnement d’un réseau embarqué

·         Sécurité et fiabilité des réseaux

·         CEM dans les réseaux électriques

            Syst. Énergétiques autonomes - hybridation

En plus des théories relatives à l'hybridation et à la gestion d'énergie des systèmes multi-sources, le cours est basé sur plusieurs exemples de systèmes énergétiques hybrides issus du retour d'expérience du laboratoire Laplace dans ce domaine de recherche. Ces exemples concernent en particulier le domaine de transport (l'aéronautique, le ferroviaire et le routier).

            BE « PAC »

·         Mise en œuvre expérimental d’une pile à combustible de technologie PEM (Membrane Echangeuse de Proton)

·         Traçage de la courbe de la polarisation ;

·         Emulation de convertisseurs statiques à l’aide d’une charge active ;

·         Simulation du comportement dynamique de la pile à combustible.

             Systèmes mult-Energies

Ce cours est conçu pour fournir aux étudiants une compréhension approfondie de l’intégration et de la gestion des différentes formes d’énergie, notamment l’énergie électrique, la chaleur, le refroidissement et l’hydrogène. Il couvre les principes fondamentaux, les technologies actuelles et les applications pratiques de chacune des combinaisons possibles ainsi que les éléments de liaison entre les différents types d’énergie.

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A la fin du cours, l'étudiant connaît également les modèles statiques et dynamiques de certains composants électrochimiques : pile à combustible et batterie.

·         Comprendre le principe de fonctionnement des sources d'énergie et des éléments de stockage ;

·         Être capable d'utiliser le modèle adéquat d'une source ou d'un élément de stockage en fonction du problème étudié ;

·         Être capable d'identifier et de comparer les différentes architectures de conversion de l'énergie éolienne.

Concernant les énergies renouvelables, l'étudiant découvre à travers ce cours les différentes configurations de conversion de l'énergie éolienne. La conversion photovoltaïque n'est pas traitée dans ce cours (vue en 2ème année).

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Les notions de services systèmes (contribution aux réserves de fréquence, ajustement/ effacement,...) seront présentées de même que les nouveaux degrés de libertés (stockage, mobilité électrique massive, prédictions de production et consommation, meilleure information (compteur communicant) pour un ajustement de la consommation,...) permettant une "gestion intelligente des réseaux électriques". Le cout pour l’usager de ces nouveaux concepts étant essentiel, un aperçu des mécanismes de marché et des éléments de modèles économiques (investissement, opération) permettront à l'étudiant de faire un lien entre performance énergétique et impact économique. Enfin, quelques exemples de smart grids dans les réseaux insulaires ainsi que pour l’autoconsommation d’un éco quartier permettra de mettre ces concepts en évidence en pratique

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Présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par des chercheurs du laboratoire LAPLACE (équipe Lumière et Matière) des enjeux des technologies récentes de l'éclairage et de leur impact en terme d'énergie électrique / présentation des solutions d'alimentation de puissance (convertisseurs statiques) permettant les meilleures performances du dispositif d'éclairage

Présentation, sous forme d'une conférence (demie journée) assurée par des ingénieurs de la SNCF des problématiques de la traction ferroviaire et des solutions en termes de conversion de l'énergie électrique qui permettent d'y répondre.

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- analyser et synthétiser efficacement de façon à mieux communiquer oralement et à l’écrit, à propos de thèmes suivants : réussir son entretien de recrutement en présentiel en distanciel, les speed net working, le marché de l’emploi, le développement des starts up les codes du recrutement, point sur les outils du recrutement, utilisation de LINKEDIN, négocier son contrat de travail, son salaire, l’intérêt de l’expatriation…

- apprendre à mieux se connaître (ses points faibles et ses points forts) afin de mieux communiquer.

METHODE

- apports théoriques,  «Communication écrite, orale», et «Bien démarrer sa vie professionnelle»

- mise en situation, avec la présentation orale (diaporama) et écrite d’un sujet en lien avec le recrutement,

- connaissance de soi, pédagogie inversée, développement du leadership, accompagnement adapté.

EVALUATION DES ETUDIANTS 

Elle portera sur la réalisation d’exercices concernant : la rédaction d’un CV et d’une lettre de motivation efficaces, des simulations d’entretiens de recrutement, des présentations écrites et orales à propos des thèmes précisés ci-dessus.

ORGANISATION DES COURS 

Les cours « Insertion professionnelle » s’organisent ainsi, il y a un décloisonnement des enseignements, ils sont orientés vers la recherche de stage/emploi et la communication :

- des forums du recrutement et des carrières sont proposés,

- les cours et TD sont donnés durant le semestre 1 de l’année universitaire (bac +5),  soit 8 heures.

Ce calendrier est ponctué d’échanges par e-mail et en face à face avec l’enseignante, en fonction des besoins de l’étudiants.

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Projet visant à développer ses compétences en Entrepreneuriat.

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Il y a des Cours sur la gestion de projet pourvus par un industriel. 

Un sujet technique est proposé par un industriel aux étudiants. Ils ont donc une présentation du sujet en début de Corporate Project. Les étudiants s'auto-organisent pour répondre au cahier des charges et ils développent la solution technique dans ce cadre. Au cours du projet, un ou plusieurs points d'étape sont effectués avec l'industriel afin de valider / réorienter les choix de la solution technique et/ ou l'organisation du projet. En fin de corporate project, une soutenance présentant l'organisation du projet et la solution technique proposée est effectuée. 

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