THÈSE U S T

Année : 2010 N° d’ordre : 134
UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE
ÉCOLE CENTRALE DE LILLE
THÈSE
Présentée en vue
d’obtenir le grade de :
DOCTEUR
en
Génie Électrique
Par
Roberto SANCHEZ
APPLICATION DES BOND GRAPHS À LA MODÉLISATION ET
À LA COMMANDE DE RÉSEAUX ÉLECTRIQUES À
STRUCTURE VARIABLE
Soutenue le 25 Novembre 2010 devant le jury d’examen :
M. Bruno ALLARD
Président
Professeur, INSA Lyon
M. Xavier ROBOAM
Rapporteur
Directeur de Recherches CNRS,
Laboratoire Laplace Toulouse
M. Jean BUISSON
Rapporteur
Professeur, SUPELEC-IETR Rennes
M. Xavier GUILLAUD
Directeur de thèse
Professeur, E.C. Lille
Mme. Geneviève DAUPHIN-TANGUY
Directeur de thèse
Professeur, E.C. Lille
M. Alan BOUSCAYROL
Examinateur
Professeur, USTL L2EP Lille
tel-00690633, version 1 - 24 Apr 2012

tel-00690633, version 1 - 24 Apr 2012

Remerciements
Je tiens à remercier à ma famille qui m’a encouragé à entreprendre cette thèse et m’a énormément
appris avec ses conseils pendant ces trois ans.
Je remercie également mes directeurs de thèse Xavier GUILLAUD et Geneviève DAUPHIN-
TANGUY pour leur soutien scientifique et leur disponibilité qui m’ont énormément aidé dans la
réalisation de ce travail. Ils m’ont beaucoup aidé depuis mon arrivée dans un pays jusque-là inconnu
pour moi, toujours avec douceur et la gentillesse qui m’a fait sentir un peu à la maison.
Je voudrais remercier également d’une part mes deux rapporteurs, Messieurs les Professeurs Xavier
ROBOAM et Jean BUISSON pour le temps consacré à l’étude de ce mémoire et d’autre part M. le
Professeur Bruno ALLARD qui m’a fait l’honneur de présider ce jury. Je remercie également M. Alan
BOUSCAYROL pour avoir participé à ce jury de thèse. Tous les commentaires et les remarques du
jury ont contribué à améliorer beaucoup ce mémoire de thèse.
Je tiens à remercier, l’ensemble du personnel des laboratoires L2EP et LAGIS pour les excellentes
conditions de travail qui ont permis un bon déroulement de mes activités de recherche.
Mes sincères remerciements à Mademoiselle Hélène CATSIAPIS pour le soutien et ses conseils qui
ont été primordiaux pendant ces années, aussi bien pour les cours de français que pour la culture de la
France qu’elle m’a présentée.
Je tiens à remercier vivement toutes les personnes qui ont contribué à mon équilibre personnel ces
dernières années. Notamment, mes amis et collèges : Catalin (Chera, Dimon), Naima, Fouad, Dapeng,
Wen, Lamine, Rafika, Amir, et tous les autres, que je n’ai pas mentionnés sans mauvaise intention.
C’est une chance énorme de vous avoir connu tous.
J’adresse enfin mes plus grands remerciements à mon père, ma mère, mon frère, mes sœurs et mes
neveux qui m’ont toujours soutenu et motivé dans ma formation.
tel-00690633, version 1 - 24 Apr 2012

tel-00690633, version 1 - 24 Apr 2012

Résumé
Cette thèse étudie les problèmes liés à l’association des principaux composants des réseaux
électriques.
La nature inductive des éléments à connecter pose des problèmes lors de leur association dans un
nœud de connexion commun. Deux solutions sont proposées pour résoudre ce problème et rendre ainsi
possible la simulation. Une première solution accepte la présence de causalités dérivées, la deuxième
consiste à simplifier les modèles en supprimant localement les régimes dynamiques pour faciliter leur
association.
La mise en évidence graphique de la causalité dans le modèle global d’un micro réseau à structure
variable montre que différentes configurations sont possibles, avec pour chacune un comportement et
un fonctionnement différents pour les composants.
L’outil bond graph a été choisi pour la modélisation des différents éléments, l’analyse des propriétés
des modèles et la conception de lois de commande par modèle inverse à l’aide de la bicausalité.
La robustesse de la commande pour le convertisseur d’électronique de puissance est analysée d’une
manière classique pour tester ses performances par rapport aux incertitudes paramétriques, en faisant
varier la charge connectée au convertisseur. La commande est validée par simulation et de manière
expérimentale.
Mots clés :
Bond graph, système électrique, convertisseur, causalité, système commuté, jonction de commutation,
commande, modèle inverse, réseau électrique.
Abstract
This thesis concerns the problem linked to the association of the main components of an electrical
network.
The inductive nature of the elements to be connected involved some problems for their association
through a common connection node. Two solutions are proposed to solve this problem and thus make
possible the simulation. One solution accepts the presence of derivative causality in the global model,
the second one consists in simplifying the models by removing locally dynamic modes to facilitate
their association.
The graphical description of causality in the global model of a micro grid with variable structure
shows up that different configurations are possible, with different behavior and functioning for the
components in each case.
The bond graph tool has been chosen for modeling the different components, analyzing the model
properties and designing control laws based on inverse models derived from bicausal bond graph.
Robustness to parameter uncertainties of the electronic power converter control law is analyzed in a
traditional way, by varying the load connected to the power converter. The control law is validated by
simulation and experimentally.
Keywords :
Bond graph, electrical system, converter, causality, commutation system, switching power junction,
control, inverse model, electrical network.
tel-00690633, version 1 - 24 Apr 2012