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PAR ACTION SUR LA COMMANDE DES
CONVERTISSEURS STATIQUES :
ARCHITECTURES, FONCTIONS INTEGREES ET
CONCEPTION SYSTEMIQUE
Daniel Depernet
To cite this version:
Daniel Depernet. OPTIMISATION DE LA CONVERSION D’ENERGIE PAR ACTION SUR LA COMMANDE DES CONVERTISSEURS STATIQUES : ARCHITECTURES, FONCTIONS INTE-GREES ET CONCEPTION SYSTEMIQUE. Energie électrique. Univ. de Franche-Comté, 2016. �tel-01466855�
MEMOIRE DE SYNTHESE
en vue d’obtenir
L’HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES
de l’Université de Franche-Comté
Spécialité : Sciences et technologies, sciences pour l’ingénieur
par
Daniel DEPERNET
Docteur de l’Université de Reims Champagne-Ardenne
OPTIMISATION DE LA CONVERSION D’ENERGIE PAR ACTION
SUR LA COMMANDE DES CONVERTISSEURS STATIQUES :
ARCHITECTURES, FONCTIONS INTEGREES ET CONCEPTION
SYSTEMIQUE
Soutenue le 02 décembre 2016 devant le jury composé de :
Rapporteurs : Jean-Frédéric CHARPENTIER MCF HDR, Ecole Navale de Brest
Demba DIALLO Professeur, GeePs, CentraleSupelec, Paris Rachid OUTBIB Professeur, LSIS, Aix-Marseille Université
Examinateurs : Michel HECQUET Professeur, L2EP, Ecole Centrale de Lille
Daniel HISSEL Professeur, FEMTO-ST, UFC, Belfort
Marie-Cécile PERA Professeur, FEMTO-ST, UFC, Belfort Christine PRELLE Professeur, Roberval, UTC, Compiègne Dominique SAUTER Professeur, CRAN, Université de Lorraine
TABLE DES MATIERES
PREMIERE PARTIE : Parcours professionnel
I. Curriculum Vitae ... 7
I.1. Etat civil... 7
I.2. Diplômes universitaires ... 7
I.3. Synthèse chronologique des expériences professionnelles et des responsabilités ... 7
II. Résumés des activités de recherche... 9
II.1. Thèse d’université ... 9
II.2. Activités de recherches au cours de la période post-doctorale... 10
II.2.1. Introduction ... 10
II.2.2. Présentation des projets de recherche et apports ... 11
III. Insertion dans les équipes de recherche... 13
III.1. Animation de la recherche au sein du laboratoire ... 13
III.2. Obtention et gestion de contrats de recherche... 14
III.3. Collaborations internationales et insertion dans un réseau de recherche ... 15
III.4. Organisation de manifestations scientifiques ... 15
III.5. Culture scientifique, vulgarisation pour l’industrie et le grand public... 16
IV. Résumé des activités pédagogiques... 16
IV.1. Apports et méthodes... 16
IV.2. Présentation synthétique des enseignements... 18
V. Encadrement et co-encadrement de travaux de recherche... 19
V.1. Synthèse des encadrements ... 19
V.2. Thèses co-encadrées soutenues ... 19
V.3. Thèses co-encadrées en cours ... 20
V.4. Liste des Masters, DEA et stagiaires ingénieurs encadrés soutenus : ... 20
VI. Production scientifique ... 21
VI.1. Synthèse globale des publications... 21
VI.2. Liste classée des publications... 22
VI.2.1. Ouvrage ... 22
VI.2.2. Chapitres de livres ... 22
VI.2.3. Revues internationales avec comité de lecture... 22
VI.2.4. Brevets... 23
VI.2.5. Conférences internationales avec actes et sélection sur résumé ... 23
VI.2.6. Conférences nationales avec actes et sélection sur résumé... 25
DEUXIEME PARTIE : Rapport de synthèse
Optimisation de la conversion d’énergie par action sur la commande des convertisseurs statiques : architectures, fonctions intégrées et conception systémique
I. Introduction... 27
II. Optimisation de la commande des machines alternatives par filtrage actif... 29
II.1. Introduction ... 29
II.2. Les enjeux de l’optimisation de la commande rapprochée ... 29
II.2.1. Règles de dimensionnement : la tendance générale ... 29
II.2.2. Commuter à faible fréquence : une contrainte et un intérêt ... 30
II.3. Le filtrage actif optimisé ... 38
II.3.1. Introduction ... 38
II.3.2. Limitations des onduleurs MLI pour machine asynchrone ... 38
II.3.3. Généralités sur le filtrage actif ... 43
II.3.4. Conception d’un filtrage actif optimisé... 47
II.3.5. Mise en œuvre de la méthode et résultats expérimentaux... 58
II.3.6. Conclusion... 61
II.3.7. Bibliographie ... 61
II.4. Périphérique de commande optimisée pour l’industrie... 63
II.4.1. Introduction ... 63
II.4.2. Contexte d’exploitation ... 64
II.4.3. Présentation des supports matériel et logiciel ... 65
II.4.4. Architecture interne... 67
II.4.5. Mise en œuvre matérielle ... 70
II.4.6. Conclusion... 72
II.5. Bilan scientifique... 72
III. Caractérisation des sources par le convertisseur de puissance ... 74
III.1. Introduction : les enjeux de la caractérisation temps réel ... 74
III.2. Spectroscopie d’impédance intégrée d’une batterie au plomb en site isolé ... 75
III.2.1. Présentation des objectifs ... 75
III.2.2. Introduction ... 75
III.2.3. Architecture de la centrale... 76
III.2.4. Gestion et stockage de l’énergie... 78
III.2.5. Méthodes de caractérisation des batteries ... 80
III.2.6. Intégration de la spectroscopie au contrôle du convertisseur de puissance ... 81
III.2.7. Résultats expérimentaux ... 85
III.2.8. Conclusion... 89
III.2.9. Références ... 89
III.3. Spectroscopie d’impédance intégrée d’une PEMFC pour véhicule électrique .... 91
III.3.1. Présentation des objectifs ... 91
III.3.2. Introduction ... 91
III.3.3. Couplage électrique de la PEMFC ... 92
III.3.4. Contrôle du flux énergétique... 95
III.3.5. Méthodes de caractérisation des PEMFC... 97
III.3.6. Intégration de la spectroscopie au contrôle du convertisseur de puissance ... 98
III.3.7. Résultats expérimentaux ... 104
III.3.8. Conclusion... 110
III.3.9. Références ... 110
III.4. Conclusion... 113
IV. Conception systémique : concevoir la commande avec les composants ... 114
IV.1. Introduction ... 114
IV.2. Optimisation systémique : conception d’une chaine de traction hybride... 114
IV.2.1. Contexte des travaux de recherche... 114
IV.2.2. Objectifs scientifiques ... 115
IV.2.3. Traction hybride série-parallèle pour véhicule poids lourd ... 117
IV.2.4. Principe général de modélisation des composants ... 119
IV.2.5. Elaboration d’un modèle analytique de machine électrique ... 120
IV.2.6. Elaboration d’un modèle analytique de convertisseur statique ... 126
IV.2.7. Elaboration d’un modèle analytique de transmission mécanique ... 132
IV.2.8. Utilisation des modèles pour le dimensionnement optimal du système... 142
IV.2.9. Conclusion... 150
IV.2.10. Bibliographie ... 152
IV.3. Application au stockage inertiel embarqué ... 154
IV.3.1. Objectifs ... 154
IV.3.2. Introduction ... 155
IV.3.3. Présentation du système de stockage inertiel ... 156
IV.3.4. Modélisation de la commande de l’onduleur ... 156
IV.3.5. Calcul des pertes dans le cuivre et dans le fer... 158
IV.3.6. Calcul des pertes par courants de Foucault dans les aimants ... 159
IV.3.7. Calcul des pertes dans le convertisseur ... 160
IV.3.8. Conclusion... 160
IV.3.9. Bibliographie ... 161
IV.4. Bilan scientifique... 161
V. L’alternateur désynchronisé... 163
V.1. Objectif... 163
V.2. Introduction ... 163
V.3. Topologie du convertisseur de puissance... 164
V.4. Principe de fonctionnement... 165
V.4.1. Fréquence de commutation ... 166
V.4.2. Critère de commutation ... 166
V.5. Prédétermination de la tension de sortie ... 167
V.5.1. Commande à fréquence de commutation fixe... 167
V.5.2. Commande à fréquence de commutation variable ... 168
V.5.3. Formes d’ondes sur charge résistive ... 170
V.6. Influence de la nature de la charge sur le comportement du système ... 173
V.7. Influence du nombre de phases de la source sur les formes d’ondes de sortie .. 174
V.8. Validation expérimentale ... 174
V.8.1. Description du circuit de puissance... 175
V.8.2. Interface électronique d’acquisition et d’adaptation ... 176
V.8.3. Présentation du système de commande ... 177
V.8.4. Algorithme de contrôle... 178
V.8.5. Résultats d’expérimentation ... 179
V.9. Conclusion... 183
V.10. Bibliographie ... 183
V.11. Bilan scientifique... 185
AVANT PROPOS
Je tiens tout d’abord à exprimer ma gratitude envers les Professeurs Gérard VILLERMAIN LECOLIER et Jean-Marie KAUFFMANN pour m’avoir accueilli respectivement au sein du Laboratoire d’Automatique et de Microélectronique de Reims et du Laboratoire d’Electronique Electrotechnique et Systèmes de Belfort, me permettant ainsi de réaliser mon projet professionnel. Je leur suis reconnaissant de l’intérêt qu’ils ont porté à mes candidatures aux fonctions de Maître de Conférences puis à mon travail de recherche au cours de ces années postdoctorales ainsi que de l’estime qu’ils m’ont manifestée.
Je remercie tout particulièrement Messieurs Jean-Frédéric CHARPENTIER, Maître de Conférences HDR à l’Ecole Navale de Brest, Demba DIALLO, Professeur au Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris et Rachid OUTBIB, Professeur au Laboratoire des Sciences de l’Information et des Systèmes de Marseille pour avoir accepté d’être les rapporteurs de ce mémoire. J’apprécie particulièrement la spontanéité avec laquelle ils ont accepté ce travail et j’espère que la lecture de ce document aura pu leur apporter quelques contreparties réjouissantes.
J’adresse également mes sincères remerciements à Madame Christine PRELLE, Professeure au Laboratoire Roberval de Compiègne, Monsieur Dominique SAUTER, Professeur au Centre de Recherche en Automatique de Nancy et Monsieur Michel HECQUET, Professeur au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille pour l’immense honneur qu’ils me font en acceptant de participer au jury de cette Habilitation à Diriger des Recherches. J’associe à ces remerciements pour leur soutien local les professeurs Marie-Cécile PERA et Daniel HISSEL.
J’exprime bien évidemment ma profonde gratitude envers les directeurs de recherche et responsables de projets scientifiques qui m’ont associé à leur travail et aux encadrements doctoraux tout au long de mon parcours professionnel et jusqu’à aujourd’hui. Ils ont largement contribué à créer un contexte favorable dynamisant l’activité de recherche de laquelle je suis en mesure de témoigner. Je remercie à ce titre et pour la confiance qu’ils m’ont accordée Messieurs les Professeurs Clément GOELDEL, Jean-Marie KAUFFMANN, Alain BERTHON, Daniel HISSEL, Christophe ESPANET et Marie-Cécile PERA.
Je remercie également les doctorants que j’ai eu l’honneur de co-encadrer, Vincent LANFRANCHI, El Hadj MILIANI, Abdellah NARJISS, Oumar BA, Zhenwei WU, Mohand SOUGH, Abdessamed SOUALMI, et Stéphane MOUTY pour les excellents souvenirs de recherche qu’ils m’ont laissés. Je remercie avec eux mes collègues d’encadrement Frédéric GUSTIN et Frédéric DUBAS pour leurs apports scientifiques ainsi que les stagiaires qui ont contribué à ces travaux et les nombreux autres membres du laboratoire, professeurs, maîtres de conférences, ingénieurs, techniciens ou personnels administratifs que je ne peux tous citer, pour les échanges ou contributions techniques qui témoignent d’un travail d’équipe.
Je réserve une attention particulière à Marie-Cécile PERA pour l’aide qu’elle m’a apportée dans la rédaction et la correction de ce mémoire.
Enfin je n’oublie pas mes compagnons d’enseignement et tout particulièrement Laurent NUZZO, pour le soutien qu’il m’a témoigné et l’aide qu’il m’a apportée dans cette aventure de la création de la préparation au CAPET Génie Electrique au tout début de ma carrière postdoctorale, et pour la rigueur des contenus et les méthodes d’enseignement dans la bonne humeur qu’il m’a fait découvrir.
PREMIERE PARTIE
Parcours professionnel
I.
Curriculum Vitae
... 7II.
Résumés des activités de recherche
... 9III.
Insertion dans les équipes de recherche
... 13IV.
Résumé des activités pédagogiques
... 16V.
Encadrement et co-encadrement de travaux de recherche
... 19I.
Curriculum Vitae
I.1. Etat civil
- Nom : DEPERNET - Prénom : Daniel
- Date de naissance : Le 04 mai 1968 - Nationalité : Française
- Situation professionnelle : Maître de conférences, hors classe, 61ème section du CNU
- Etablissement de rattachement : Université de Technologie de Belfort Montbéliard (UTBM) - Laboratoire de recherche : Institut FEMTO-ST (Franche Comté Electronique Mécanique
Thermique Optique – Sciences et Technologies) département ENERGIE - UMR 6174
- Adresse professionnelle : UTBM, rue Ernest Thierry MIEG – 90010 Belfort Cedex - Téléphone professionnel : 03 84 58 36 10
- Courrier électronique : daniel.depernet@utbm.fr
I.2. Diplômes universitaires
- 1995 : Doctorat de l’Université de Reims Champagne-Ardenne en génie informatique,
automatique et traitement du signal au LAM. Thèse soutenue le 18 décembre 1995. Mention très honorable avec les félicitations du jury. Titre : Optimisation de la commande d’un
onduleur MLI à trois niveaux de tension pour machine asynchrone
- 1991 : DEA Métrologie Automatique Electrotechnique. Université de Nancy I, Mention Assez-bien.
- 1990 : Maîtrise EEA. Université de Reims Champagne-Ardenne. Mention Assez-bien - 1989 : Licence EEA. Université de Reims Champagne-Ardenne. Mention Assez-bien - 1988 : DEUG Physique A. Université de Reims Champagne-Ardenne
I.3. Synthèse chronologique des expériences professionnelles et des responsabilités
- 1996 : ATER à l’UFR Sciences Exactes et Naturelles de Reims, Laboratoire LAM
(Laboratoire d’Automatique et de Microélectronique).
Bilan de thèse : double qualification 61 et 63, 1 revue, 4 conférences, 2 séminaires.
- 1996 – 2001 : Maître de Conférences et Directeur d’études 63ème section à l’IUFM de Reims, laboratoire LAM.
Responsabilités : Contrat Industriel Jeumont Industrie, CAPET Génie Electrique option B
(Electrotechnique)
Bilan : 1 thèse encadrée soutenue et 1 Master, 1 revue, 5 conférences, montage C, TD et TP CAPET GE A et B, CAPES PA, IUP GEII, 2 étudiants majors nationaux aux épreuves du CAPET
- 2001 : Mutation à l’UTBM (Université de Technologie de Belfort Montbéliard) en 61ème
section
- 2001 – 2008 : Maître de Conférences en 61ème section à l’UTBM, laboratoire L2ES (Laboratoire d’Electronique Electrotechnique et Systèmes)
Responsabilités : 4 UVs de l’UTBM
Bilan : 2 thèses encadrées soutenues et 2 Masters, 3 revues, 10 conférences, montage C, TD et
TP des UVs IF40, MC43, MI42, TR57 de l’UTBM
- 2008 – 2013 : Maître de Conférences en 61ème section à l’UTBM, Institut FEMTO-ST département ENERGIE
responsable de la filière ESE (Electronique et Systèmes Embarqués) de l’UTBM, 4 UVs du département EE
Bilan : 2 thèses encadrées soutenues et 1 Master, 1 brevet international, 3 revues, 4 chapitres
de livre, 25 conférences, Montage de la Plateforme FEMTO-ST d’essais de moteurs électriques 10kW
- 2013 – 2016 : Maître de Conférences Hors Classe 61ème section à l’UTBM, Institut FEMTO-ST département ENERGIE
Responsabilités : Responsable du pôle thématique de recherche « Optimisation Systémique »
du département Energie de FEMTO-ST, Responsable de la Filière ESE (Electronique et Systèmes Embarqués) du département Energie de l’UTBM, 3 UVs de l’UTBM
Bilan : Promotion à la Hors Classe des MC, 3 thèses encadrées soutenues, 3 revues, 7
II.
Résumé des activités de recherche
II.1. Thèse d’université
Titre de la thèse : Optimisation de la commande d’un onduleur MLI à trois niveaux de tension pour machine asynchrone
Résumé :
Les progrès déjà réalisés dans la commande des onduleurs à MLI (Modulation de largeur d’impulsions) à deux niveaux de tension pilotant en vitesse variable des machines asynchrones de moyenne et grande puissance ont permis d’améliorer sensiblement les performances des entrainements industriels. L’utilisation des onduleurs MLI à trois niveaux de tension faisant l’objet de cette thèse, est également très prometteuse en raison de la capacité de cette nouvelle structure d’onduleur à améliorer la qualité des courants dans la machine et à étendre sa commande à des domaines de puissance supérieurs à 2 MW.
Dans un premier temps, le principe de calcul et les propriétés des principales techniques de modulation sinusoïdales à trois niveaux sont étudiées afin de faire l’état des lieux des méthodes exploitables et performantes pour commander la machine, en particulier dans les zones de faible vitesse. Nous proposons ensuite une méthode systématique informatique permettant de concevoir une commande globale possédant des propriétés optimales. Les signaux sont calculés pour minimiser les harmoniques de courant et les pulsations de couple, critères prépondérants en contrôle industriel. Cette méthode est appliquée à un exemple concret, et la commande est implantée sur le microcontrôleur 80C196KC déjà utilisé par certains contrôleurs industriels. L’excellente concordance entre les résultats expérimentaux et les résultats théoriques permet de valider la méthode de génération en temps réel de la commande. Un logiciel à usage industriel de simulation des régimes établis est également réalisé afin de faciliter les études qualitatives de la commande.
Une dernière étude permet enfin de définir les contraintes de conception assurant la compatibilité de la commande optimisée avec une loi de contrôle vectoriel. Elle a pour principal intérêt de valider la possibilité de concevoir des entraînements de grande puissance bénéficiant simultanément de bonnes performances harmoniques basées sur un comportement statique, et de bonnes performances dynamiques grâce à l’utilisation d’une loi de contrôle vectoriel.
Mots clés : MLI, onduleur de tension, multi-niveaux, thyristors GTO, optimisation, moteur
asynchrone, taux de distorsion harmonique, pulsations de couple, contrôle vectoriel.
Publications et communications auxquelles a donné lieu la thèse : 1 Revues internationales avec comité de lecture :
D. DEPERNET, C. GOELDEL, "Development of a Simulation Software for Losses Analysis in Three Level PWM Inverters", Systems Analysis Modelling Simulation , ISSN 0232-9298, vol 18-19, 1995, pp. 787-790
2 Conférences internationales avec comité de lecture et actes :
D. DEPERNET, M. DELOIZY, C. GOELDEL, "Minimisation of Torque Ripple in Induction Motor Driven by Three Level PWM Inverters", 30th Universities Power Engineering Conference (U.P.E.C.’95), Greenwich, U.K., 5, 6, 7 September 1995, pp. 115-118
D. DEPERNET, M. DELOIZY, C. GOELDEL, "Optimised PWM waveforms used in a vector control of an induction motor driven by a voltage source inverter", E.P.E. Chapter Symposium on Electric Drive Design and Applications, Nancy, 5-7 June 1996
2 Conférences nationales avec comité de lecture :
D. DEPERNET, M. DELOIZY, C. GOELDEL, "Méthode d’optimisation de commandes MLI. Application aux onduleurs trois niveaux", Journée d’études SEE Groupe Nord, Clubs 13 et 18, Méthodes de l’automatique appliquées à l’électrotechnique, Lille, 7 avril 1994, NO. C5, 11p
D. DEPERNET, M. DELOIZY, C. GOELDEL, "Recherche de commandes MLI optimales pour onduleurs de tension de moyenne et grande puissance", Deuxième conférence des jeunes chercheurs en génie électrique JCGE, Grenoble, 6,7 et 8 Avril 1994, pp. IX.23-IX.26
2 Séminaires :
D. DEPERNET, "Commande MLI de machines asynchrones", séminaire interrégional GRAM (Groupement de Recherche en Automatique et Microélectronique) du 15 Avril 1993, IUT de Troyes D. DEPERNET, "Algorithme de synchronisation des signaux MLI optimisés pour machines asynchrones de moyenne et grande puissance", séminaire interrégional GRAM du 12 Septembre 1996. I.U.T de Châlons-en-Champagne
II.2. Activités de recherches au cours de la période post-doctorale
Thématique de recherche : Contrôle et dimensionnement optimal des systèmes de conversion d’énergie.
Mots clés : Optimisation, Onduleurs multi-niveaux, Filtrage actif, Contrôle vectoriel, Logique floue,
Convertisseur matriciel, Eolien, Photovoltaïque, Pile à combustible, Batteries, Traitement du signal temps réel, TFD, DSP, FPGA
II.2.1. Introduction
Les projets de recherche menés dans la période postdoctorale sont une contribution à l’amélioration des méthodes de conversion de l’énergie par action sur la commande des convertisseurs électroniques de puissance, sur le choix des structures de convertisseur et leur dimensionnement. Ils sont classés selon deux axes applicatifs principaux :
- Axe 1 : optimisation des systèmes de conversion d’énergie : le dimensionnement et la
commande des convertisseurs sont étudiés pour optimiser la qualité du transfert d’énergie. Cet axe s’articule autour d’une étude systémique de la chaîne de conversion afin de mettre en évidence et modéliser les phénomènes liant tous ses composants : les sources, les actionneurs, le ou les convertisseurs et leur commande. La synthèse d‘algorithmes d’optimisation conduit ensuite à la conception de la commande ou de composants. L’action sur la commande présente l’intérêt majeur d’aboutir à une amélioration de la conversion énergétique à moindre coût matériel et de développement, à l’opposé de l’optimisation des composants, tout en bénéficiant d’un caractère évolutif. L’approche systémique de la conception par optimisation de la commande permet d’exploiter les interactions entre les convertisseurs statiques, les sources, les charges ou actionneurs, et d’intégrer les contraintes locales et globales. Les critères d’optimisation sont alors définis à l’issue d’un premier travail de modélisation des phénomènes à prendre en compte et des objectifs visés. A titre d’exemples, ils peuvent exprimer des grandeurs telles que les pertes par courants de Foucault dans des actionneurs électromagnétiques, un courant dans un condensateur, des propriétés harmoniques électriques ou mécaniques, un échauffement, un rendement, un facteur de vieillissement ou un coût économique, et s’appliquent à un vaste domaine d’applications industrielles.
- Axe 2 : diagnostic, fiabilité et disponibilité des sources et des actionneurs : le
dimensionnement et la commande des convertisseurs sont étudiés dans le but d’intégrer au système des fonctionnalités de diagnostic autonome permettant d’améliorer la disponibilité et la durée de vie des sources d’énergie et des actionneurs. L’objectif est de réduire le coût global des systèmes exploitant des solutions propres innovantes et émergentes telles que les piles à combustible en améliorant leur fiabilité par des solutions intégrées de faible coût. Les méthodes s’appuient sur une bonne analyse des principes de contrôle temps réel, afin d’intégrer dans les couches du contrôle les plus proches du matériel des stratégies de mesure non intrusives et de caractérisation précises, bénéficiant de toute la dynamique et des degrés de liberté de l’électronique de contrôle, tout en maîtrisant les interactions hardware/software (filtrage, bruit, …). Cette première étape permet l’identification des paramètres à mesurer qui seront exploités ensuite par des
stratégies de diagnostic des composants. La synthèse à cette fin d’algorithmes temps réel implantés sur cible minimale est recherchée afin d’aboutir à une solution industrialisable favorisant l’intégration des sources telles que les batteries et piles à combustibles dans les systèmes embarqués en particulier.
Pour tous les projets de recherche, une attention particulière a été réservée aux contraintes d’implantation temps réel, gage de faisabilité du contrôle. Toutes les actions ont en outre conduit à la réalisation de prototypes et ont été validées expérimentalement sur bancs d’essais.
II.2.2. Présentation des projets de recherche et apports
Axe 1 : Optimisation des systèmes de conversion d’énergie
1. Portage de la MLI optimisée (1996 – 1998)
Objectif : Rendre facilement portable la commande par MLI optimisée sur tous types de calculateurs
(virgule fixe ou flottante, µC ou DSP) afin de faciliter son transfert vers l’industrie.
Stratégie : Développer en logique programmable l’architecture d’un périphérique adaptée à la
génération des signaux optimisés et conventionnels. Implanter le périphérique sur composant FPGA (Field Programmable Gate Array) à l’aide du logiciel MAX+PLUS2 (Altera) et l’interfacer sur le bus d’extension des processeurs. Implanter le mode de transfert entre CPU et FPGA par DMA (Direct Memory Access) pour atteindre des performances temps réel accrues. Permettre la configuration du FPGA par le CPU au démarrage pour une meilleure protection de la propriété industrielle.
Résultats, apports : - 1 prototype : Banc d’essais à échelle réduite 4 kW : machine asynchrone à cage et charge inertielle, pilotage par DSP virgule flottante TMS320C32 et périphérique FPGA
- 1 contrat Jeumont Industrie (Framatome) : implantation de l’architecture électronique sur une gamme de contrôleurs pour onduleurs industriels
2. Filtrage actif optimisé (FAO) (1997 – 2000)
Objectif : Réduire les pertes, les vibrations, le bruit audible et l’usure diélectrique dans les machines
électriques par action sur la commande sans redimensionnement de l’onduleur d’alimentation.
Stratégie : Associer à l’onduleur principal d’alimentation un filtre actif série. Concevoir de manière
couplée les commandes de l’onduleur et du filtre actif afin de compenser le contenu harmonique tout en commutant à basse fréquence (réduction de l’usure des diélectriques due aux commutations HF, réduction des pertes, réduction du bruit et des vibrations). Calcul hors ligne des MLI par minimisation de critère. Modélisation des profils MLI par moindre carré pour faciliter l’implantation du calcul temps réel. Implantation sur DSP TMS320C32 associé à 2 FPGAs en charge du pilotage respectif de l’onduleur principal et du filtre actif (FPGAs développés dans le projet présenté ci-dessus).
Résultats, apports : - 1 thèse de doctorat soutenue
- 1 prototype : contrôle par FAO (onduleur + filtre actif) en variation de vitesse d’une MAS. Banc d’essais à échelle réduite 4 kW
- 2 revues internationales avec comité de lecture - 2 chapitres de livre
- 3 conférences internationales - 1 conférence nationale
3. Conception optimale systémique d’une traction hybride série parallèle (2007 – 2011)
Objectif : Concevoir par optimisation de critères multiphysiques et de manière simultanée les
différents composants d’un même système. Application à la chaine de traction hybride SPLIT d’un véhicule lourd avec limitation aux 2 machines électriques, aux 2 onduleurs, leur commande, et au train épicycloïdal. Optimisation des variables de couplage. Prise en compte de la commande et des profils de mission du véhicule lors de la conception.
Stratégie : Modéliser analytiquement les composants pour permettre une intégration facile des
modèles dans une boucle d’optimisation (équations dimensionnelles, contraintes, critères de performance). Identifier et optimiser les variables de couplage entre modèles (contrairement à l’optimisation individuelle des composants). Modélisation des profils de mission du véhicule sous forme de valeurs barycentriques pondérées du couple et de la puissance. Modélisation des onduleurs et de leur commande pour le calcul des pertes. Optimisation par le logiciel CADES. Validation des machines synchrones à aimants permanents par modélisation par éléments finis, simulation, réalisation et test sur banc d’essais.
Résultats, apports : - 1 thèse de doctorat soutenue
- 1 prototype de machine électrique échelle 1/10ème (7 kW)
- réalisation de la plateforme d’essais 10kW véhicules hybrides avec simulateur HIL
- 1 projet ANR en responsabilité (Projet Archybald) - 1 revue internationale avec comité de lecture - 2 chapitres de livre
- 4 conférences internationales - 1 conférence nationale
4. Optimisation énergétique pour la production d’électricité et la traction (1999 – 2013) Objectifs : (4 types de projets)
- Contrôle des convertisseurs matriciels à thyristors pour la désynchronisation des alternateurs et du réseau électrique : optimisation du rendement énergétique des turbines à gaz (Alstom Power, 2002 - 2005)
- Optimisation énergétique d’une centrale autonome éolienne, photovoltaïque et batteries en site isolé (partenariat avec le Sénégal, 2008 - 2011).
- Etude des contraintes d’association convertisseur machine pour la conception des machines synchrones à aimants permanents : Conception d’une génératrice 6MW pour l’éolien (General Electric/Power Conversion, 2010 - 2013). Conception de motorisations et de leur convertisseur statique pour le stockage inertiel embarqué et la traction ferroviaire (Alstom Transport, 2007 - 2013).
- Etude de robustesse des boucles d’asservissement des machines asynchrones. Evaluation des contrôles scalaire, vectoriel, floue et par modes glissants 1999 – 2001.
Stratégie : Modéliser et simuler les composants et les commandes sous Matlab/Simulink et Mathcad
pour analyser les courants, les comportements électromécaniques et harmoniques. Implantation des techniques de contrôle vectoriel, MPPT, contrôleur floue suivant les cas, sur calculateur DSP ou microcontrôleur.
Résultats, apports : - 4 thèses de doctorat soutenues
- 2 masters soutenus
- 2 mémoires d’ingénieurs CNAM soutenus
- 3 prototypes : convertisseur matriciel (échelle réduite 3kW), convertisseur floue/vectoriel/glissant (4 kW), convertisseur de couplage multi-sources pour microcentrale et charge active à absorption sinusoïdale (30 kW) - 1 participation à projet interreg
- 7 participations à contrats (Alstom Power Turbomachines, Alstom Transport, Alstom Power Centrales, GE/Power Conversion)
- 2 revues internationales avec comité de lecture - 17 conférences internationales
- 2 conférences nationales
Axe 2 : Diagnostic, fiabilité et disponibilité des sources et actionneurs
1. Caractérisation en ligne des sources par spectroscopie d’impédance (2005 – 2011)
Objectif : Caractériser en ligne, sans intrusion et in situ par spectroscopie d’impédance des sources de
Stratégie : Intégrer l’excitation petits signaux des sources par action sur la commande du
convertisseur statique. Développer un processus de calibrage programmable, filtrage, échantillonnage des mesures, pour déterminer les réponses fréquentielles petit signaux. Déterminer le spectre d’impédance et rejeter le bruit par calcul temps réel de TFD (Transformée de Fourier Discrète). Intégrer la stratégie de spectroscopie d’impédance dans le processus applicatif de contrôle du transfert d’énergie vers la source. Implanter et valider les algorithmes sur calculateur DSP industriel. Mettre en œuvre des stratégies de transfert des données et visualisation temps réel des diagrammes de Nyquist sur PC via IHM développée sous Visual C++.
Résultats, apports : - 1 brevet (déposant principal : CNRS le 16 mai 2011, extension internationale en novembre 2012, Japon en juin 2014, USA en 2016)
- 5 revues internationales avec comité de lecture
- 2 thèses de doctorat soutenues dont 1 en cotutelle internationale (Sénégal)
- 2 Prototypes : spectroscopie intégrée d’une batterie au plomb associée à un
convertisseur boost (2008 – 2011), et d’une pile à combustible associée à un convertisseur DC/DC isolé à transformateur HF (2005 – 2008)
- 5 conférences internationales - 2 conférences nationales
2. Diagnostic des machines électriques par analyse des courants (1998 – 2001)
Objectif : Prospecter les méthodes de détection de défauts dans les machines électriques par mesure
des courants d’alimentation, afin de s’affranchir des méthodes de mesures vibratoires et acoustiques.
Stratégie : Mettre en place des stratégies de commande optimisée de l’onduleur permettant une
connaissance a priori du contenu harmonique des courants. Mesurer de manière synchrone les courants et les signaux vibratoires par accéléromètres. Mettre en évidence les corrélations entre les courants d’alimentation et les signatures vibratoires par traitement numérique des signaux et en particulier « analyse temps-fréquence ». Cette étude permet de définir des méthodes de mesure et d’analyse des courants intégrées au contrôleur, en vue du diagnostic temps réel et de la maintenance des machines électriques.
Résultats, apports : - 1 master soutenu
- participation à l’action inter GDR ISIS - Automatique- Electrotechnique
III.
Insertion dans les équipes de recherche
III.1. Animation de la recherche au sein du laboratoire • Animation de pôle thématique
Animation du pôle thématique de recherche « Optimisation Systémique » du département Energie de FEMTO-ST
• Rédaction de dossiers scientifiques :
o Rédaction et présentation du dossier de financement de la plateforme HIL de FEMTO-ST en commission budgétaire de l’UTBM. 8 novembre 2013
o Webmaster de l’équipe « Conception de systèmes énergétiques » du département ENISYS de l’Institut FEMTO-ST de 2009 à 2012. Rédaction des pages web (projets, thèses). o Participation à la rédaction du programme scientifique de l'institut FC LAB : "Contrôle et
supervision temps réel – Contraintes spécifiques", 2006 • Exposés scientifiques internes :
o Présentation orale : « Le stockage d’énergie par volant d’inertie», FEMTO-ST département ENISYS équipe COS, 05 juin 2008
o Présentation orale : « Algorithme de synchronisation des signaux MLI optimisés pour machines asynchrones de moyenne et grande puissance », séminaire GRAM (Groupement de Recherche en Automatique et Microélectronique), IUT de Châlons en Champagne, 12 septembre 1996
o Présentation orale : « Commande MLI de machines asynchrones », séminaire GRAM, IUT de Troyes, 15 avril 1993
III.2. Obtention et gestion de contrats de recherche Synthèse des actions de valorisation et transfert :
o 6 responsabilités de contrats industriels o 11 participations à des contrats industriels o 1 logiciel de simulation pour l’industrie o 8 réalisations de prototypes 0 1 2 3 4 5 6 7 1992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016
Evolution chronologique du nombre de partenariats industriels par année
Participant Responsable
• 1 Brevet CNRS n° : FR2975497. Dispositif de spectroscopie d’impédance intégrée, déposé le 16 mai 2011. Co-déposant : UFC. Extensions à l’international WO2012156401 le 22 novembre 2012, EP2710390 le 26 mars 2014 et JP2014517283 (Japon) le 17 juillet 2014.
Rédaction du dossier. Principal inventeur.
• Contrats de recherche :
o 6 responsabilités de contrats :
- Sonceboz SA (Suisse). « Interface de conversion SENT/CAN-LIN pour capteur embarqué ». Réalisation de l’interface électronique, 2012 – 2014, 1.5 k€
- Projet NOMADE (Prestation pour Nexter Electronics) « Contrôle commande de machines poly-discoïdes », Modélisation, spécification, contrôle, 2011 – 2014, 8.5 k€
- Société REDICAM. « Système de récupération de données informatiques ». Expertise d’un DSP contrôleur et transfert de compétences, 2011 – 2012, 1 k€ + coût formation
- Projet ANR VPE2007 « ARCHYBALD » (ARChitectures HYBrides Adaptées aux véhicules Lourds à forte Disponibilité), 2007 – 2011, 243 k€
- Société Nipson, « Asservissement numérique sur DSP contrôleur TMS320LF2407 », Expertise du système de contrôle, 2003, payement en matériel (6 motoréducteurs) + coût formation
- Jeumont Industrie, « Conception du périphérique FPGA de portage de MLIs », 1996 – 1998, payement en matériel (onduleur et carte de contrôle)
o 11 participations à des contrats avec industriels :
- ROAD (2016-2019): Projet FUI : Refrigerated Optimized Advanced Design.
- HEALTH-CODE (2015-2018) : Projet européen H2020 : Real operation pem fuel cells HEALTH-state monitoring and diagnosis based on dc-dc COnverter embeddeD Eis
- Moving Magnet Technologies (2013-2016) : Conception d’une machine électrique haute vitesse destinée à l’entrainement d’un turbocharger
- General Electric Power Conversion (2009-2013) : Conception d’une génératrice à aimants permanents pour éolienne offshore
- Alstom Transport (2011-2013) : Optimisation thermique des moteurs
- Alstom Power (2007-2010) : Contrôle de l’excitation des alternateurs
- ANR AROMAT (2009-2013) : ARchitecture Optimisée des Moteurs à Aimants permanents pour la Traction ferroviaire
- ANR VITFER (2009-2011) suite SEVIT
- Alstom Power Turbomachines (2002-2005). Alternateur désynchronisé
- CEGELEC Alstom (1993-1994). Simulation des onduleurs 3 niveaux
- CEGELEC Alstom (1992). Logiciel de simulation onduleur 2 niveaux • Autres activités de valorisation et de transfert :
o Réalisation d’une plateforme d’essais de moteurs électriques de 10kW avec simulateur temps réel : Armoire de puissance avec variateurs Leroy Somer, banc mécanique avec machine de charge et capteurs, simulateur HIL OPAL-RT de véhicules hybrides, 2007 - 2011
o Conception de 8 prototypes de validation et de démonstration pour le laboratoire de recherche, 1996 - 2013
o Réalisation d’un logiciel de simulation pour l’industrie (CEGELEC Alstom), 1994 III.3. Collaborations internationales et insertion dans un réseau de recherche
• Responsable de la convention de partenariat entre l’entreprise Sonceboz SA (Suisse) et l’UTBM, depuis 2012
• Co-encadrement d’une thèse en cotutelle avec le Sénégal, 2008 – 2011
• Participation à l’action interGDR ISIS - Automatique- Electrotechnique, 1999 - 2001
• Participation au projet Interreg UFR Reims, INSSET Saint-Quentin : « Commande robuste des actionneurs électriques ». Réalisation du banc de contrôle (Carte de contrôle, électronique de puissance, algorithmes de contrôle en langage C, IHM) , 2000 - 2001
• Expertise d’articles de revues et de conférences
o Revue internationale IEEE Transactions on Industrial Electronics o Revue internationale IEEE Transactions on Power Electronics
o Revue internationale IEEE Transactions on Transportation Electrification
o Revue internationale IJEPES (International Journal of Electrical Power and Energy Systems)
o Revue internationale EJEE (European Journal of Electrical Engineering) o Revue Internationale Fuel Cells
o Conférence IEEE-IECON'06 o Conférence IEEE ISIE 2015
o Conférence ECCE2013 (IEEE Energy Conversion Congress and Exposition) o Conférence Electrimacs 2014
o Conférences VPPC2008, VPPC2009, VPPC2015, VPPC2016
o Conférence ICREGA 2016
o Conférence nationale EF’2011 • 9 participations à des jurys de thèse
o En qualité d’examinateur
RASID Mohd Azri Hizami, Compiègne, 11/02/2016 o En qualité d’encadrant
MOUTY Stéphane, Belfort, 30/05/2013
SOUALMI Abdessamed, Belfort, 03/04/2013
SOUGH Mohand, Belfort, 31/01/2013
WU Zhenwei, Belfort, 21/03/2012
BA Oumar, Belfort, 16/05/2011
NARJISS Abdellah, Belfort, 08/12/2008
MILIANI El-Hadj, Belfort, 06/12/2005
LANFRANCHI Vincent, Reims, 20/12/2000 III.4. Organisation de manifestations scientifiques
• Président de session régulière (Chairman) à la conférence internationale ICREGA 2016 • Membre du comité d’organisation de la conférence internationale ICREGA 2016.
• Membre du comité d’organisation de l’école d’été FCLAB « Electric and fuel cell systems for transport » 6 au 9 juillet 2015.
• Organisation de la conférence invitée : « Les actionneurs dans l’industrie et notamment le domaine automobile », Gaël Andrieux (Sonceboz S.A.), UTBM, 17 juin 2014.
• Organisation de la conférence invitée : « La qualité dans l’industrie et objectif Sonceboz 0 ppm », Damien Chardaire (Sonceboz S.A.), UTBM , 28 mai 2014.
• Coéditeur d’un numéro spécial de la revue internationale EJEE (European Journal of Electrical Engineering) parution en 2013.
• Membre du comité d’organisation de la conférence Electrotechnique du Futur EF’2011, FEMTO-ST, Belfort, France, 13 au 15 décembre 2011 : gestion du serveur de la conférence, validation des contributions, réalisation des actes, 150 participants.
• Membre du comité d’organisation de la conférence « Transports terrestres électriques. Etat de l’art, problématiques et solutions », UTBM, Belfort, 25 avril 2002. Gestion des présentations orales.
• Valorisation de collections et ouvrages scientifiques
o Contribution dans 2 chapitres de livre en langue française. Collections Hermès Sciences Lavoisier, Traités EGEM (Electronique Génie Electrique et Microsystèmes) en 2009 et RTA (Recherche – Technologie – Applications) génie électrique en 2012
o Contribution dans 2 chapitres de livre en langue anglaise. Collections Wiley – ISTE en 2011 et 2012.
III.5. Culture scientifique, vulgarisation pour l’industrie et le grand public • Pour l’industrie
o Formation de personnel en recherche d’emploi « Pilotage des moteurs à aimants permanents », UTBM, 10 février 2015
o Présentation « Etat de l’art des véhicules électriques et hybrides », dans le séminaire « Transmissions sans fils, connexion des équipements, application aux véhicules hybrides », organisé par Captronic, UTBM, 19 juin 2014
o Formation en entreprise d’une journée « Contrôle vectoriel des machines synchrones à aimants permanents », Société Sonceboz S.A., MMT (Moving Magnet Technologies), 12 mars 2014
• Pour le grand public
o Participation à la fête de la science. Réalisation et présentation du poster : « La recherche à l’Institut FEMTO-ST : des chercheurs de l’UTBM témoignent », Belfort, fête de la science 2013
o Vulgarisation vers les collèges et lycées :
- participation aux journées Watt Else : vulgarisation de la recherche et de l’enseignement supérieur auprès des élèves. Présentation annuelle de projets, depuis 2012
- présentation du cursus UTBM aux élèves de lycée, présentation du département Energie, vulgarisation des plateformes pédagogiques, 20 mai 2016
IV.
Résumé des activités pédagogiques
IV.1. Apports et méthodes
• Période 1996 – 2001 : fonction de Maître de Conférences Directeur d’Etudes à l’IUFM de REIMS
Responsabilité :
Préparation au CAPET GE B (Certificat d’Aptitude au Professorat de l’Enseignement Technique en Génie Electrique option Electrotechnique)
Principaux enseignements :
- électronique de puissance (CAPET GE B, CAPES Physique Appliquée, IUP GEII) - électrotechnique (CAPET GE B)
- tutorat des nouveaux enseignants stagiaires en collège et lycée
Création d’enseignements :
Création de la préparation au CAPET GE B. Tous les enseignements dispensés ont été créés (Renforcement des préparations au CAPET GE A et CAPES PA, ouverture de l’IUP GEII 2ème année).
Méthodes pédagogiques :
Préparations CAPET GE A et B, CAPES PA : préparation aux conditions de concours (épreuves écrites de 6 heures et 8 heures, épreuves orales de travaux pratiques et de présentation de dossier). Visite des centres de concours (Cachan) pendant les épreuves nationales
Adaptation de la formation au contenu des épreuves et aux recommandations Création des maquettes de TP correspondantes
Préparation initiale par cours, TD et TP
Reproduction des conditions réelles du concours
Conditions particulières :
Les concours au CAPET GE admettaient peu de candidats au niveau national (entre 20 et 100 suivant les années). L’IUFM de Reims accordait donc peu d’heures à ces formations qui sont fréquentées par un faible nombre d’étudiants (moins de 10 par année). La préparation nécessitait un fort investissement des enseignants par rapport aux heures rémunérées pour donner des chances aux candidats d’obtenir le concours.
Résultats marquants :
- 1 étudiant major national au CAPET GE A (1997) - 1 étudiant major national au CAPET GE B (1998)
• Période 2001 – 2016 : fonction de Maître de Conférences à l’UTBM Responsabilité :
- Filière ESE (Electronique et Systèmes Embarqués) du département GESC (Génie électrique et Systèmes de Commande) devenu département EE (Energie et Environnement) puis département Energie : organisation/rénovation des contenus enseignés et des moyens pédagogiques (plateforme de TP/Projets : véhicule multiplexé, pilotage temps réel), suivi des étudiants de la filière.
- 4 UVs : IF40, MC43, SM57 et TR57
Principaux enseignements :
- Informatique Industrielle - Mesures et Capteurs
- Bus de transmission numériques - Contrôle temps réel
- Systèmes embarqués
- Tutorat des stagiaires ingénieurs en entreprise
Création d’enseignements :
Tous les enseignements dispensés ont été créés. Ces créations comprennent les documents et contenus de C, TD et TP, ainsi que les créations des maquettes de TP (Systèmes µP, cartes électroniques, systèmes d’entrainement).
Méthodes pédagogiques :
Les enseignements sont tous basés sur une bonne synchronisation entre cours, TD et TP avec une organisation des TP sous forme de projets. L’objectif de l’organisation des TP en projets est de responsabiliser les étudiants et de solliciter une démarche personnelle, favorable à la compréhension des notions et davantage professionnalisante. Des étapes de préparations obligatoires, de compte-rendu intermédiaires ou de TP tests échelonnent les projets.
Adaptation du contenu des UVs aux besoins des industriels, et aux notions abordées dans les projets de recherche.
Amélioration régulière des maquettes de TP
Réalisations de corrigés pour faciliter l’intégration des enseignants intervenants
Conditions particulières :
La mutation à l’UTBM en 2001 correspond à l’ouverture du département GESC et à la création totale de l’informatique industrielle (enseignements et salle de travaux pratiques).
Résultats marquants :
- Les enseignements d’informatique industrielle constituent l’un des points forts du département GESC/EE/Energie.
- Bon retour de satisfaction des étudiants.
- Bon retour de satisfaction des industriels concernant la formation des ingénieurs en informatique industrielle.
- Taux d’embauche des étudiants de la filière avoisinant les 100%.
Rayonnement et activités internationales :
Responsable pour le département Energie de la convention de partenariat avec la société Sonceboz (Suisse). Mise en place de projets industriels, du challenge « Sonceboz », d’échange de matériel et d’intervention de professionnels à l’UTBM.
IV.2. Présentation synthétique des enseignements • Entre 1996 et 2001 (IUFM et IUP GEII de Reims)
IUFM : niveaux équivalents Master (C, TD et TP) et suivi de stagiaires IUFM IUP GEII : niveau Licence (TD et TP)
• Entre 2001 et 2016 (UTBM département GSC/GESC/EE/Energie)
Cycle ingénieur : niveaux Licence, Master et suivi de stagiaires (projets de fin d’études) Formation continue : niveau Ingénieur en entreprise
0 100 200 300 400 500 600 1996 -199 7 1997 -199 8 1998 -199 9 1999 -200 0 2000 -200 1 2001 -200 2 2002 -200 3 2003 -200 4 2004 -200 5 2005 -200 6 2006 -200 7 2007 -200 8 2008 -200 9 2009 -201 0 2010 -201 1 2011 -201 2 2012 -201 3 2013 -201 4 2014 -201 5 2015 -201 6
Evolution chronologique du nombre d'heures enseignées
Stages TP TD Cours
0 100 200 300 400 500 600 1996 -199 7 1997 -199 8 1998 -199 9 1999 -200 0 2000 -200 1 2001 -200 2 2002 -200 3 2003 -200 4 2004 -200 5 2005 -200 6 2006 -200 7 2007 -200 8 2008 -200 9 2009 -201 0 2010 -201 1 2011 -201 2 2012 -201 3 2013 -201 4 2014 -201 5 2015 -201 6 Répartition des enseignements par niveau (L. M. D)
Master Licence
Tous les enseignements sont effectués en présentiel avec toutefois les caractéristiques suivantes : - disponibilité par mail pour répondre aux besoins des étudiants (cycle ingénieur et stage) - disponibilité en salles de TP et de projet pour l’aide au travail hors emploi du temps
- mise en ligne systématique des annales des examens, des cours et exemples de TP sur la plateforme Moodle.
V.
Encadrements et co-encadrements de travaux de recherche
V.1. Synthèse des encadrements • 8 thèses co-encadrées soutenues
• 1 thèse co-encadrée non soutenue (abandon suite à embauche) • 3 thèses en co-encadrement en cours
• 10 masters recherche, DEA ou stagiaires ingénieurs encadrés
0 1 2 3 4 5 6 1996 1997 1998 1999 20002001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Evolution chronologique du nombre d'encadrements par année
Masters, DEA, Ingénieurs Thèses soutenues Thèses en cours
V.2. Thèses co-encadrées soutenues
Doctorant Date de soutenance Taux de co-encadre ment
Titre de la thèse Autres encadrants
LANFRANCHI Vincent
20/12/2000 80% Optimisation de la commande en
vitesse variable des machines asynchrones, conception d’une méthode de filtrage actif optimisé
Directeur de thèse : Clément GOELDEL (20%)
MILIANI
El-Hadj
06/12/2005 80% Commande d’un convertisseur
matriciel : application à un générateur
Directeur : Jean-Marie
actif KAUFFMANN (20%)
NARJISS Abdellah
08/12/2008 35% Diagnostic non intrusif d’une pile à combustible PEMFC grâce au convertisseur statique Directeur : Daniel HISSEL(30%), Co-encadrant : Frédéric GUSTIN (35%)
BA Oumar 16/05/2011 50% Couplage Multigénérateur pour une
production en site isolé : topologies, optimisation et stratégies de
commande
Directeur : Alain BERTHON (50%)
WU Zhenwei 21/03/2012 50% Co-conception d'une motorisation
électrique et de son électronique de puissance pour véhicule lourd hybride
Directeur : Christophe ESPANET (25%), Co-encadrant : Daniel HISSEL (25%)
SOUGH Mohand 31/01/2013 33% Modélisation analytique
électromagnétique et thermique des machines synchrones à aimants permanents montés en surface pour la traction ferroviaire Directeur : Christophe ESPANET (33%), Co-encadrant : Frédéric DUBAS (33%) SOUALMI Abdessamed
03/04/2013 33% Conception optimale d’une
motorisation à aimants permanents pour la traction ferroviaire
Directeur : Christophe ESPANET (33%), Co-encadrant : F. DUBAS (33%) MOUTY Stéphane
30/05/2013 25% Conception de machines à aimants
permanents à haute densité de couple pour les éoliennes de forte puissance
Directeur : Christophe ESPANET (25%), Co-encadrants : F. GUSTIN (25%), A. BERTHON (25%)
V.3. Thèses co-encadrées en cours
• GILSON Adrien : « Conception et optimisation d’une machine électrique haute vitesse destinée à l’entrainement d’un turbocharger ». Taux d’encadrement : 30%. Directeur de thèse : Christophe ESPANET (30%), Co-encadrant : F. DUBAS (40%)
• WU Hailong : « Optimisation du contrôle des machines à réluctance variable », Taux d’encadrement : 50%. Directeur de thèse : V. LANFRANCHI (50%) du Laboratoire d’Electromécanique de Compiègne
• BENMOUNA Amel : « Gestion énergétique reconfigurable d’un véhicule électrique basée sur l’identification en ligne des sources embarquées », Taux d’encadrement : 33%. Directeur de thèse : M. BECHERIF (34%), Co-encadrant : F. GUSTIN (33%)
V.4. Liste des Masters, DEA et stagiaires ingénieurs encadrés soutenus :
• DEA
o MANNONI Valérian. Taux d’encadrement : 50%
Titre : Etude de l’interaction entre les grandeurs électriques et mécaniques pour le diagnostic des machines asynchrones, septembre 2000
Titre : Conception et réalisation d’une charge active, septembre 2001
o CAMARA Bailo. Taux d’encadrement : 100%
Titre : Contrôle d’une charge active – asservissement de la tension de bus et du couple de la machine à courant continu, septembre 2002
• Master Recherche, SOLANO Javier. Taux d’encadrement : 50%
Titre : Conception optimale d'un moteur synchrone à aimants pour volant d'inertie Co-encadrant : Pr. Christophe ESPANET (50%), septembre 2009
• Stagiaires ingénieurs
o Sautter Anne-Claire. Taux d’encadrement : 50% (partenariat Nexter Systems) Titre : Optimisation d’une transmission hybride, mars 2010
o Godinat Florian. Taux d’encadrement : 100%
Titre: Prototypage rapide d’un moteur électrique pour véhicule hybride, septembre 2011 o Martin Florian. Taux d’encadrement : 100%
Titre: Banc de caractérisation de panneaux photovoltaïque, septembre 2015 o Prevot Christophe. Taux d’encadrement : 100%
Titre: Programmation DSP contrôleur pour applications de contrôle de convertisseur de puissance haut rendement, septembre 2015
o Vernier Julian. Taux d’encadrement : 100%
Titre: Caractérisation de sources par spectroscopie d’impédance, septembre 2016 o Mathieu de Vienne Cédric. Taux d’encadrement : 100%
Titre: Contrôle et mise en œuvre d’un convertisseur de puissance embarqué à haut rendement pour pile à combustible, septembre 2016
VI.
Production scientifique
VI.1. Synthèse globale des publications
• 1 ouvrage. D. DEPERNET, « Optimisation de la commande d’un onduleur MLI à 3 niveaux de tension pour machine asynchrone », thèse de doctorat en génie informatique automatique et traitement du signal, 18 décembre 1995
• 4 chapitres de livres • 1 brevet
• 11 publications dans des revues internationales avec comité de lecture • 44 conférences internationales avec actes et sélection sur résumé • 8 conférences nationales avec actes et sélection sur résumé • 2 séminaires interrégionaux 0 2 4 6 8 10 12 199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016
Evolution chronologique du nombre de publications par année
Ouvrages ou chapitres Communications Brevets Revues
VI.2. Liste classée des publications
VI.2.1. Ouvrage
D. DEPERNET, « Optimisation de la commande d’un onduleur MLI à 3 niveaux de tension pour machine asynchrone », thèse de doctorat en génie informatique automatique et traitement du signal, 18 décembre 1995
VI.2.2. Chapitres de livres
[L1] N. Patin, V. Lanfranchi, D. Depernet, “Stratégies de modulation de largeur d’impulsions calculées et optimisées”, dans le livre « Commande rapprochée de convertisseur statique Volume 1 : modulation de largeur d’impulsion », E. Monmasson, Traité EGEM, Hermes Sciences, Lavoisier, ISBN : 978-2-7462-2055-3, Sept. 2009
[L2] V. Lanfranchi, N. Patin, D. Depernet, “Computed and optimized pulse width modulation strategies” dans "Power Electronic Converters, PWM Strategies and Current Control Techniques" Edited by E. Monmasson, Chapter 4, Wiley-ISTE, ISBN: 978-1-84821-195-7, March 2011
[L3] C. Espanet, D. Depernet, A.-C. Sautter, Z. Wu, “Modèles analytiques pour le dimensionnement par optimisation des systèmes d’énergie électrique” dans le livre « Conception systémique pour la conversion d’énergie électrique 2 », X Roboam, Traité Recherche - Technologie – Application, Hermes, Lavoisier, ISBN : 978-2-7462-3193-1, Novembre 2012
[L4] C. Espanet, D. Depernet, A.-C. Sautter, Z. Wu, “Integrated Design by Optimization of Electrical Energy Systems”, Edited by X Roboam, Chapter 2, Wiley-ISTE, ISBN: 978-1-84821-389-0, June 2012
VI.2.3. Revues internationales avec comité de lecture
[R1] D. Depernet, C. Goeldel, "Development of a Simulation Software for Losses Analysis in Three Level PWM Inverters", Systems Analysis Modelling Simulation , ISSN 0232-9298, vol 18-19, 1995, pp. 787-790
[R2] V. Lanfranchi, D. Depernet, C. Goeldel, "Optimised control of an induction motor drive fed by PWM voltage source inverter and active filter", Chapitre 18 de l'ouvrage : Progress in simulation, modelling, analysis and synthesis of modern electrical and electronic devices and systems, N.E. Mastorakis (ed.), World scientific engineering society, ISBN 960-8052-08-4, 1999, pp 119-124
[R3] V. Lanfranchi, D. Depernet, “Amélioration de la commande des machines asynchrones en vitesse variable”, Revue Internationale de Génie Electrique, ISBN 2-7462-0872-5, Volume 7, n°1-2/2004, pp 133-162
[R4] A. Narjiss, D. Depernet, F. Gustin, D. Hissel, A. Berthon, "Design of a High Efficiency Fuel Cell DC/DC Converter Dedicated to Transportation Applications", ASME Journal of Fuel Cell Science and Technology, Volume 5, Novembre 2008
[R5] E. H. Miliani, D. Depernet, J.-M. Kauffmann, "Commande d'un convertisseur matriciel dans un système de production d'énergie électrique à vitesse variable et fréquence fixe", Revue Internationale de Génie Electrique, ISBN 978-2-7430-0998-4, Volume 11, n°1/2008, pp 7-39
[R6] Z. Wu, D. Depernet, C. Espanet, “Conception d’un entraînement électrique à aimants permanents pour une chaîne de traction de véhicule hybride électrique”, European Journal of Electrical Engineering, Vol 14/2-3 – 2011, pp.215-236, doi:10.3166/ejee.14.215-236
[R7] D. Depernet, O. Ba, A. Berthon, "Online impedance spectroscopy of lead acid batteries for storage management of a standalone power plant", Journal of Power Sources 219, 2012, pp. 65-74. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.07.053
[R8] A. Soualmi, F. Dubas, D. Depernet, A. Randria, C. Espanet, “Inductances estimation in the d-q axis for an interior permanent-magnet synchronous machine with distributed windings”, Journal of Energy and Power Engineering, Volume 7, jun 2013, Pages :1178 – 1185
[R9] D Depernet, A. Narjiss, F. Gustin, D. Hissel, M.-C. Péra, “Integration of electrochemical impedance spectroscopy functionality in proton exchange membrane fuel cell power converter”, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 41, Issue 11, mar 2016, Pages :5378 – 5388
[R10] D Depernet, F. Gustin, D. Hissel, “High Efficiency DC/AC/DC Converter Based on Synchronous Rectifier for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”, Fuel Cells, Wiley Online Library, 2016, DOI: 10.1002/fuce.201600059
[R11] A. Benmouna, M. Becherif, D. Depernet, F. Gustin, H.S. Ramadan, S. Fukuhara, “Fault diagnosis methods for Proton Exchange Membrane Fuel Cell system”, International Journal of Hydrogen Energy, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.07.181
VI.2.4. Brevets
[B1] D. DEPERNET, O. BA, A. BERTHON, "Convertisseur électronique de puissance", Dispositif de spectroscopie d’impédance intégrée. Brevet CNRS n° : FR2975497 (demande FR 11 54238), déposé le 16 mai 2011. Co-déposant : UFC.
Extension à l’international WO2012156401 le 22 novembre 2012 et EP2710390 le 26 mars 2014
Extension au Japon (JP2014517283) le 17 juillet 2014
Extension aux USA en 2016
VI.2.5. Conférences internationales avec actes et sélection sur résumé
[C1] D. Depernet, M. Deloizy, C. Goeldel, "Minimisation of Torque Ripple in Induction Motor Driven by Three Level PWM Inverters", 30th Universities Power Engineering Conference (U.P.E.C.’95), Greenwich, U.K., 5, 6, 7 September 1995, pp. 115-118
[C2] D. Depernet, M. Deloizy, C. Goeldel, "Optimised PWM waveforms used in a vector control of an induction motor driven by a voltage source inverter", E.P.E. Chapter Symposium on Electric Drive Design and Applications, Nancy, 5-7 June 1996
[C3] V. Lanfranchi, D. Depernet, C. Goeldel, "A study of harmonics reduction by active filter in PWM VSI induction motor drives", 8th European Conference on Power Electronics and Applications EPE’99, Lausanne-Suisse, 7-9 septembre 1999, 7 pages, actes publiés en tant que CD-ROM
[C4] V. Lanfranchi, D. Depernet, C. Goeldel, "Mitigation of induction motor constraints in ASD applications", Conference IEEE-IAS, Rome, 8-12 octobre 2000
[C5] V. Lanfranchi, D. Depernet, C. Goeldel, "Improvement of the vibratory and acoustic behaviour of induction motor drives", All electric ship civil or military conference, AES 2000, Paris, 26-27 octobre 2000, pp 334-339
[C6] F. Betin, D. Depernet, P. Floczek, A. Fagir, V. Lanfranchi, D. Pinchon, C. Goeldel, G.A. Capolino, "Fuzzy logic scalar control for induction machine drive: comparison with classical control", Proceedings of ACEMP'01 (Aegan International Conference on Electrical Machines and Power Electronics), Kusadasi (Turkey), June 2001, pp.646-651
[C7] F. Betin, D. Depernet, P. Floczek, A. Fagir, D. Pinchon, C. Goeldel, "Control of induction machine drive using fuzzy logic approach: robustness study", International Symposium on Industrial Electronics ISIE’2002, juillet 2002, proceedings on CR-ROM, l’Aquilla, Italia, Vol. 2, pp. 361-366
[C8] F. Betin, D. Pinchon, G.A. Capolino, C. Goeldel, D. Depernet, "Scalar control of induction machine drive using fuzzy logic: comparison with classical control", Proceedings International Conference on Electrical Machines (ICEM'02), Bruggen (Belgium), August 2002
[C9] E. H. Miliani, D. Depernet, J.-M. Kauffmann, A. Lacaze, “Experimental control of matrix converter for active generator”, Proc. IEEE. PESC’2004, pp. 2899-2904, Aachen, Germany, 2004
[C10] E. H. Miliani, D. Depernet, J.-M. Kauffmann, “DSP implementation of a naturally commutated matrix converter open loop control”, IEEE ISIE 2005, Dubrovnik, Croatia, June 20-23, 2005, ISBN 0-7803-8739-2
[C11] E. H. Miliani, D. Depernet, J.-M. Kauffmann, “New control strategy for a naturally commutated matrix converter for variable speed constant frequency generating system”, EPE 2005, Dresden, Germany, Sept. 11–14, 2005 – CD ROM – ISBN 90-75815-08-5
[C12] E. H. Miliani, D. Depernet, J.-M. Kauffmann, “Modelling and experimental analysis of a six phase permanent magnet synchronous generator in a variable speed constant frequency generating system”, Electromotion 2005, Lausanne, Switzerland 2005
[C13] E.H. Miliani, M.Y. Ayad, D. Depernet, J.M. Kauffmann, “Experimental Analysis of a Six Phase Permanent Magnet Synchronous Generator in a Variable Speed Constant Frequency Generating System”, Proceedings of the 22nd Annual IEEE Applied Power Electronics Conference, APEC2007, Feb. 25 – Mach. 1, 2007, Anaheim, USA, pp. 1727-1732.
[C14] A. Narjiss, D. Depernet, F. Gustin, D. Hissel, A. Berthon, "Design and Control of a Fuel Cell DC/DC Converter", ASME2007, June 18-20, 2007, New York, USA
[C15] A. Narjiss, D. Depernet, F. Gustin, D. Hissel, A. Berthon, "Design and Control of a Fuel Cell DC/DC Converter for Embedded Applications", EPE2007,September 2-5, 2007, Aalborg, Denmark
[C16] A. Narjiss, D. Depernet, D. Candusso, F. Gustin, D. Hissel, “Online Diagnosis of PEM Fuel Cell”, EPE PEMC 2008, September 1-3, 2008, Poznan, Poland
[C17] A. Narjiss, D. Depernet, F. Gustin, D. Hissel, “High Frequency Power Converter for Fuel Cell Stacks Parallel Association”, IEEE Vehicle Power Propulsion Conference VPPC 2008, September 3-5, Harbin,
