Application de l'ingénierie dirigée par les modèles à la conception de Smart Grids : approche par cosimulation avec FMI

Model-driven engineering applied to Smart Grids design : cosimulation with FMI approach

• Auteur / Autrice : David Oudart
• Direction : Sophie Chabridon, Frédéric Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 07/05/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Télécom SudParis (France) - Algorithmes, Composants, Modèles Et Services pour l'informatique répartie / ACMES-SAMOVAR - Département Informatique / INF - Institut Polytechnique de Paris / IP Paris - EDF Labs
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom SudParis (France)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Vialle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Boulanger, Antoine Beugnard, Yamine Aït-Ameur, Virginie Galtier, Jérôme Cantenot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Beugnard, Yamine Aït-Ameur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation des données (informatique)

Simulation par ordinateur

Réseaux électriques intelligents

Ingénierie dirigée par les modèles

Mots clés libres

Cosimulation

Simulation

FMI

Smart Grid

Modélisation

IDM

Cosimulation

Simulation

FMI

Smart Grid

Modeling

IDM

Résumé

Les Smart Grids sont des systèmes cyberphysiques qui interfacent les réseaux électriques avec les technologies de l'information et de la communication afin de les surveiller, d'automatiser la prise de décision et d'équilibrer la production avec la consommation. Nous souhaitons utiliser la simulation pour évaluer et comparer facilement plusieurs solutions avant un déploiement dans un environnement réel. L'objectif de cette thèse est ainsi de proposer des outils et méthodes pour modéliser et simuler un Smart Grid dans un contexte industriel. Nous avons identifié deux problématiques principales : Comment combiner les modèles hétérogènes d'un Smart Grid pour le simuler ? Comment assurer la cohérence entre les modèles produits par différents intervenants lors de la conception d'un Smart Grid ? Pour répondre à ces problématiques, nous proposons une approche de cosimulation, en utilisant la norme Functional Mockup Interface (FMI). Nos deux premières contributions sont la proposition d'une méthode pour permettre l'échange de signaux discrets entre plusieurs FMUs, et d'une extension du logiciel de simulation de télécommunications OMNeT++ implémentant cette méthode, appelée fmi4omnetpp. Une troisième contribution est la réalisation de l'environnement outillé Smart Grid Simulation Framework, qui automatise un certain nombre de tâches répétitives afin d'assurer la cohérence entre différents modèles de simulation. Enfin, une quatrième contribution est la formalisation de la démarche itérative de conception dans laquelle s'inscrit la cosimulation d'un Smart Grid, et la façon d'y intégrer notre environnement Smart Grid Simulation Framework. Pour cela, nous explicitons les différentes étapes de la démarche et le rôle des acteurs de la conception, puis nous présentons son application sur un cas d'étude réel pour lequel nous utilisons Smart Grid Simulation Framework.

Smart Grids are cyber-physical systems that interface power grids with information and communication technologies to monitor them, automate decision making and balance production with consumption. We want to use simulation to easily evaluate and compare several solutions before deployment in a real environment. The objective of this thesis is thus to propose tools and methods to model and simulate a Smart Grid in an industrial context. We have identified two main issues: How to combine heterogeneous models of a Smart Grid to simulate it ? How to ensure consistency between the models produced by different stakeholders during the design of a Smart Grid ? To address these issues, we propose a cosimulation approach, using the Functional Mockup Interface (FMI) standard. Our first two contributions are the proposal of a method to allow the exchange of discrete signals between several FMUs, and an extension of the OMNeT++ telecommunications simulation software implementing this method, called fmi4omnetpp. A third contribution is the development of the Smart Grid Simulation Framework tooled environment, which automates a number of repetitive tasks in order to ensure consistency between different simulation models. Finally, a fourth contribution is the formalization of an iterative design approach for the cosimulation of a Smart Grid, and how to integrate our Smart Grid Simulation Framework into it. To do so, we explain the different steps of the approach and the role of the actors involved in the design process, then we present its application to a real case study for which we use our Smart Grid Simulation Framework.