Modélisation et Conception CEM des Smart Buildings

par Arthur Hayashi Feuerharmel

Projet de thèse en Genie electrique

Sous la direction de James Roudet et de Edith Clavel.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de génie électrique (Grenoble) (laboratoire) et de Electronique de Puissance (equipe de recherche) depuis le 04-02-2019 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse se situe dans le cadre de la conception des réseaux de distribution des bâtiments modernes intégrants de nombreux convertisseurs d'électronique de puissance ou même étendu au cas des véhicules électriques domestiques ou industriels lors de leur recharge. Jusqu'à présent il était suffisant de s'intéresser uniquement aux caractéristiques basse fréquence des câblages et divers composants électrotechniques (transformateurs, moteurs, …) puisque leur rôle se situait principalement dans le domaine de la sécurité des biens et personnes vis-à-vis de la fréquence industrielle. De ce fait de nombreuses problématiques récentes ne sont pas traitées comme : - La protection aux agressions externes (onde de foudre) qui n'est pourtant pas une problématique récente, - La protection des biens et des personnes vis-à-vis de courants ou tensions haute fréquence présents induits par le fonctionnement des convertisseurs d'électronique de puissance, le risque est accru pour les véhicules électriques en charge en cas de défaut. - Enfin l'aspect CEM, où les signaux haute fréquence solliciteront d'autres types de couplages ou de comportement notamment dans le bâtiment où les dimensions sont grandes et exposent aux situations de propagation dans les câblages et sollicitent bien sûr les modèles des composants électrotechniques sur une large gamme de fréquence. Des travaux antérieurs permettent d'entamer ce travail de synthèse et d'explorer certaines pistes identifiées précédemment. Bien que des étapes importantes aient été franchies dans les travaux concernant la modélisation de type PEEC des conducteurs enterrés, des aspects restent encore à approfondir dont les suivants : - Extensions de formulations PEEC électrostatiques à des géométries plus complexes dont des plaques conductrices dans la perspective de traiter également des conducteurs cylindriques, - Couplage avec des formulations magnétiques adéquates pour la prise en compte des matériaux ferreux soit pour les grilles de fond de fouille, soit pour les chemins de câblage est nécessaire en vue d'obtenir les caractéristiques fréquentielles de ces conducteurs, - Côté résolution système, il est nécessaire de s'intéresser à la mise ne place de macro-modèles pouvant opérer à plusieurs niveaux lors de l'assemblage des modèles de conducteurs enterrés et de leurs couplages. Des travaux génériques importants dans l'équipe MAGE sont menés depuis plusieurs années et devront être évalués dans ce contexte, peut-être plus particulier qui ouvre des perspectives simplificatrices. En revanche, ils devront aussi permettre la prise en compte des phénomènes de propagation. En parallèle de ces aspects théoriques, des validations expérimentales seront menées sur un bâtiment réaliste voire réel comme GreEn-ER. Ce dernier aspect ne peut pas être conduit sans une réflexion approfondie sur les méthodes de mesure, les moyens de les mettre en œuvre et la définition des potentiels de référence.

  • Titre traduit

    EMC Modeling and Design of Smart Buildings


  • Résumé

    This PhD is part of the design of distribution networks of modern buildings that incorporate many power electronics converters or even the case of domestic or industrial electric vehicles when they recharge. So far, it was enough to focus only on the low frequency characteristics of wiring and various electrotechnical components (transformers, motors, ...) since their role was mainly in the field of the safety of goods and people with respect to the industrial frequency. As a result, many recent issues are not treated as: - Protection against external aggression (lightning), which is not a recent problem, - The protection of goods and people against currents or high-frequency voltages present, which are induced by the operation of power electronics converters. The risk is increased with the recharging of electric vehicles in case they have a fault. - Lastly, the EMC aspect, where the high frequency signals will require other types of coupling or behavior, especially in the building where the dimensions are large and expose to propagation situations in the wiring and of course call for models of electrotechnical components on a wide frequency range. Previous work allows to begin this work of synthesis and to explore certain tracks identified previously. Although important milestones have been achieved in the work on the PEEC-type modeling of buried conductors, some aspects still need to be explored, including: - Extensions of electrostatic PEEC formulations to more complex geometries including conductive plates in view of also treating cylindrical conductors, - Coupling with magnetic formulations suitable for the consideration of ferrous materials either for the raft foundation grids, or for the wiring paths is necessary in order to obtain the frequency characteristics of these conductors, - In terms of system resolution, it is necessary to focus on the implementation of macro-models that can operate at several levels when assembling buried conductor models and their couplings. Major generic work in the MAGE team has been conducted for several years and will have to be evaluated in this context, perhaps more specific, which opens up simplifying perspectives. On the other hand, they will also have to take into account propagation phenomena. In addition to these theoretical, experimental validations will be conducted on a realistic building or real as GreEn-ER. This last aspect can not be conducted without a thorough reflection on the methods of measurement, the means of implementing them and the definition of reference potentials.