Diagnostic de défauts et commande tolérante aux défauts des systèmes à énergie renouvelable

Fault diagnosis and fault tolerant control for renewable energy systems

• Auteur / Autrice : Abderrahmane Jarrou
• Direction : Dominique Sauter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 13/07/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Marion Martiny-Weitig
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Sauter, Belkacem Ould Bouamama, Jérôme Bosche, Nicolas Heraud, Frédéric Hamelin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Belkacem Ould Bouamama, Jérôme Bosche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande intelligente

Observateurs adaptatifs

Fiabilité

Tolérance aux fautes (ingénierie)

Commande, Théorie de la

Mots clés libres

Commande optimale

MPC

Sûreté de fonctionnement

Diagnostic de défauts

Observateurs d’état

Systèmes linéaires

Systèmes bilinéaires

Génération de résidus

Commande tolérante aux défauts

Optimal control

MPC

Dependability

Fault diagnosis

State observers

Linear systems

Bi-linear systems

Residuals generation

Fault tolerant control

Résumé

Ce travail de thèse a pour objectif de développer pour un système de production d’énergies renouvelables multi-sources des outils méthodologiques de diagnostic de défauts et de commande tolérante à ces mêmes défauts. Dans ce contexte on considère un système de production-stockage et consommation d’énergie intelligent, capable de réagir dynamiquement à son contexte d’usage et dont la consommation d’énergie est mesurée et contrôlée grâce à des systèmes de surveillance. A partir de ces flux d’informations, les performances énergétiques de bâtiments existants (récents et anciens) peuvent être surveillées, évaluées et contrôlées par le développement de méthodologies et d’outils s’appuyant sur des facteurs pertinents tels que le comportement de l’usager, les prévisions météorologiques, l’occurrence de défauts, ... Cette thèse propose l’élaboration d’un schéma de commande optimale pour contrôler les conditions climatiques du bâtiment. L’objectif est d’assurer le confort des occupants avec le minimum d’énergie consommée. Une approche MPC (model predictive control) est proposée tout d’abord dans contexte centralisé, puis déclinée dans une version distribuée pour des bâtiments de grandes dimensions. En présence de défauts, les performances énergétiques des bâtiments sont dégradées et il convient de mettre en œuvre une commande tolérante à ces défauts (FTC). Le schéma FTC proposé repose sur un diagnostic des instruments du bâtiment (capteur et actionneur) qui adapte les lois de commande en sorte que les performances actuelles restent proches des performances désirées. Dans la thèse ces approches sont développées dans un cadre de modélisation linéaire puis bilinéaire. Les résultats de simulation montrent l’efficacité des méthodes proposées.

The aim of this thesis work is to develop methodological tools for fault diagnosis and fault tolerant control for a multi-source renewable energy production system. In this context we consider an intelligent energy production-storage and consumption system, capable of reacting dynamically to its context of use and whose energy consumption is measured and controlled by monitoring systems. Based on these information flows, the energy performance of existing buildings (new and old) can be monitored, evaluated and controlled by developing methodologies and tools based on relevant factors such as user behaviour, weather forecasts, occurrence of faults, ... This thesis proposes the development of an optimal control scheme to control the climatic conditions of the building. The objective is to ensure the comfort of the occupants with the minimum energy consumption. A MPC (model predictive control) approach is first proposed in a centralized context, then declined in a distributed version for large buildings. In the presence of faults, the energy performance of buildings is degraded and a fault-tolerant control (FTC) should be implemented. The proposed FTC scheme is based on a diagnosis of the building instruments (sensor and actuator) that adapts the control laws so that the current performance remains close to the desired performance. In the thesis these approaches are developed in a linear and then bi-linear modeling framework. Simulation results show the efficiency of the proposed methods.