Conception et déploiement de stratégies innovantes de pilotage pour les réseaux énergétiques intelligents
Les réseaux de chaleur (RdC) jouent un rôle crucial dans les stratégies de transition énergétique grâce à leur capacité à intégrer efficacement les énergies renouvelables et la chaleur de récupération. En France, la stratégie nationale bas-carbone met l’accent sur l’expansion et l’optimisation des RdC, y compris des réseaux de plus petite taille avec plusieurs sources de chaleur comme le solaire thermique et le stockage. Les systèmes de contrôle intelligents, tels que le contrôle prédictif basé sur des modèles (MPC), visent à remplacer les pratiques manuelles basées sur l’expertise humaine pour améliorer l’efficacité. Cependant, le déploiement de systèmes de contrôle avancés sur de petits réseaux reste difficile en raison des coûts et de la complexité liés au matériel et à la maintenance.
Les solutions industrielles actuelles pour les grands RdC utilisent la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) pour l’optimisation en temps réel, tandis que les petits réseaux s’appuient souvent sur des systèmes à base de règles. Les travaux de recherche se concentrent sur la simplification des modèles MPC, l’utilisation de pré-calculs hors ligne ou l’intégration de l’apprentissage automatique pour réduire la complexité. Des études comparatives évaluent diverses stratégies de contrôle en termes d’adaptabilité, d’interprétabilité et de performance opérationnelle.
Ce projet postdoctoral vise à faire progresser les stratégies de contrôle des RdC en développant, testant et déployant des approches innovantes sur un site expérimental réel. Il s’agit de créer et de comparer des modèles de contrôle, de les implémenter dans un simulateur physique, et de déployer les solutions les plus prometteuses. Les objectifs incluent l’optimisation des coûts d’exploitation, l’amélioration de la robustesse des systèmes et la simplification du déploiement.
Étude des spécificités des architectures très distribuées pour les besoins de décision et de contrôle
Nos infrastructures électriques ont connu et connaîtront encore de profondes mutations dans les prochaines décennies.
La croissance rapide de la part des énergies renouvelables dans la production d'électricité nécessite de trouver des solutions pour sécuriser les systèmes énergétiques notamment en ce qui concerne les aspects de variabilité, de stabilité et d'équilibrage du système électrique et de protection de l'infrastructure du réseau elle-même.
L'objet de cette étude est d'aider à concevoir de nouvelles méthodes de décision, spécialement adaptées aux architectures de contrôle hautement distribuées pour les réseaux d'énergie. Ces nouvelles méthodes devront être évaluées en terme de performance, de résilience, de robustesse et éprouvées en présence de différents aléas et même de byzantins.
Modélisation des défauts sur les réseaux DC basse tension dans les bâtiments, vers des algorithmes de détection de défauts
Le développement de l'usage des énergies renouvelables et du stockage de l'énergie ainsi que les progrès faits par les composants d'électronique de puissance amènent progressivement à repenser les architectures des réseaux électriques de distribution basse tension dans les bâtiments. Ces évolutions permettront un développement des réseaux à courant continu ou mixtes alternatif-continu alimentés par des convertisseurs statiques. Sur ce type de réseau, les défauts deviennent plus difficiles à gérer du fait des sources de puissance utilisées. En effet, les signatures habituelles du court-circuit ou de la surcharge ne sont plus les mêmes et vont varier en fonction des convertisseurs utilisés et de l'architecture du réseau. Pour cela, il convient d'identifier, par la simulation, les topologies de protection les plus adaptées (par les régimes de neutre par exemple) et d'identifier les signatures types des défauts. In fine, ces signatures permettront de disposer de dispositifs de détection optimums.
Formalisation du domaine de responsabilité des acteurs du marché de l’électricité
Le CEA développe actuellement un outil de simulation qui modélise les échanges d’énergie entre les acteurs du marché de l’électricité mais qui modélise, en plus, les échanges d’information entre ces mêmes acteurs. Les premiers résultats de ce travail de modélisation montrent que, pour certains schémas d’échange d’énergie prévus récemment dans la règlementation, des interactions ‘indirectes’ entre acteurs peuvent apparaître et potentiellement leur causer des préjudices financiers (par exemple, la défaillance d’une source de production de l’un peut impacter les revenus d’un autre). Ainsi, les frontières qui délimitaient nettement jusqu’alors les domaines de responsabilité de chacun des acteurs pourraient être amenées à s’estomper et leurs domaines de responsabilité pourraient se ‘recouvrir’. Le candidat aura pour missions de :
- Définir formellement le domaine de responsabilité d’un acteur du marché de l’électricité,
- Modéliser les interactions, y compris ‘indirectes’, qui peuvent apparaître entre ces acteurs,
- Appliquer des techniques de preuves formelles (de type ‘model-checking’) pour détecter les recouvrements des domaines de responsabilité,
- Définir les conditions d’échange entre les acteurs qui garantiraient le non-recouvrement des domaines de responsabilité.
Détection d’attaques dans l’infrastructure de contrôle distribué du réseau électrique
Afin de permettre l’émergence de réseaux d’énergie flexibles et résilients, il faut trouver des solutions aux défis auxquels ils font face. Dans le cadre de ce postdoc on s’intéresse en particulier à la numérisation et la protection des flux de données que cela entraînera, ainsi qu’aux problématiques de cybersécurité.
Dans le cadre du projet Tasting, et en collaboration avec RTE, l’opérateur français du réseau de transport de l’électricité, votre rôle sera de se pencher sur la protection des données de toutes les parties concernées. Le but est de vérifier des propriétés de sécurité sur les données dans des systèmes distribués, qui induisent un certain nombre d’incertitudes par construction.
Pour cela, vous élaborerez une méthodologie outillée pour la protection des données des acteurs du réseau électrique. L'approche sera basée sur les méthodes formelles de vérification à l'exécution appliquées à un système de contrôle distribué.
Cette offre de postdoc s'inscrit dans le cadre du projet TASTING qui vise à relever les principaux défis liés à la modernisation et à la sécurisation des systèmes électriques. Ce projet de 4 ans qui a commencé en 2023 adresse l’axe 3 de l'appel PEPR TASE "Solutions technologiques pour la numérisation des systèmes énergétiques intelligents", co-piloté par le CEA et le CNRS. Les défis scientifiques ciblés concernent l'infrastructure TIC, considérée comme un élément clé et un fournisseur de solutions pour les transformations profondes que nos infrastructures énergétiques subiront dans les décennies à venir.
Dans ce projet sont impliqués deux organismes nationaux de recherche, INRIA et le CEA au travers de son institut de recherche technologique de la direction de la recherche technologique CEA-List. Sont également impliqués 7 laboratoires académiques : le G2Elab, le GeePs, l’IRIT, le L2EP, le L2S et le SATIE, ainsi qu’un partenaire industriel, RTE, qui fournit différents use cases.