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1 Sujet 5 Titre: Dimensionnement optimal de l architecture électrique d un parc éolien offshore en courant continu haute tension (HVDC) Directeur de thèse Co-encadrant éventuels Co-encadrant éventuels Financement envisagé Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Machmoum Mohamed mohamed.machmoum@univ-nantes.fr IREENA (EA 4642) Polytech Nantes 2 Guérin Patrick Patrick.guerin@univ-nantes.fr IREENA (EA 4642) IUT de St Nazaire 1 Bourguet Salvy Salvy.bourguet@univ-nantes.fr IREENA (EA 4642) Polytech Nantes 1

2 Résumé /Abstract du sujet de la thèse (3 à 5 lignes) Résumé: Dans le cadre d installation de fermes éoliennes de forte puissance, le travail s attache à déterminer et optimiser une architecture HVDC qui doit répondre aux exigences d une réduction des pertes et d une énergie électrique produite de qualité. L objectif ici est de prendre en considération les aspects économiques liés au coût des convertisseurs d électronique de puissance AC/DC haute tension, des sous stations, des câbles, ainsi que la dimension disponibilité de l installation. Abstract: The proposed work aims at designing and optimizing the HVDC topology of large offshore wind farms. The designed architecture will satisfy the objectives of losses reduction and energy quality. The main objective is to take into account economical aspects depending on the power electronics devices, the sub stations, the cables, and also the availability of the installation.

3 Descriptif du sujet de thèse (2 pages au maximum) L augmentation des besoins planétaires en énergie électrique, couplée à une prise de conscience massive des enjeux écologiques, poussent aujourd hui l ensemble des politiques et industriels à trouver de nouvelles voies de fourniture d énergie, et notamment d énergie électrique. Parmi les sources renouvelables envisagées et convoitées, l énergie éolienne est celle qui a le plus fort potentiel énergétique. En France, et en Europe plus globalement, l installation de générateurs éoliens de grande puissance (supérieur à 8MW) est fortement envisagée et les pouvoirs publics sollicitent les entreprises pour créer une filière industrielle et économique d'envergure. Dans ces développements, l éolien offshore présente un formidable potentiel, en particulier en France, où plusieurs sites ont été retenus par l appel d offre lancé par le gouvernement pour l installation de fermes éoliennes offshore de fortes puissances. Dans un avenir proche, les fermes éoliennes offshores se développeront plus loin en mer et les distances de raccordement des fermes seront suffisamment grandes (supérieure à 50 Km) pour envisager sérieusement des installations avec des liaisons en courant continu HVDC. Il est donc nécessaire aujourd hui de prévoir et dimensionner correctement de telles installations de fortes puissances. Dans la continuité des travaux menés dans la thèse de Ouahid Dahmani, qui a permis de dégager une méthodologie d optimisation (technique et économique) d architectures électriques de parc éolien offshore à courant alternatif (HVAC) ces travaux de thèse doivent s attacher à développer des architectures optimisées de type HVDC, d analyser leur fiabilité et en comparer les performances avec des solutions AC. Dans un premier temps, une étude bibliographique devra mettre en lumière les différentes méthodes et les différents procédés de fourniture d énergie électrique, applicables à un contexte offshore spécifique à une distribution DC. Une attention particulière sera portée à la fiabilité, la sécurité, la longévité, l'efficacité énergétique et les impacts environnementaux du ou des procédés retenus. Une seconde phase bibliographique portera sur les architectures DC envisageables pour le réseau interne à l usine éolienne, en tenant compte des structures électriques des éoliennes. L architecture doit répondre aux exigences d une réduction des pertes et d une énergie électrique produite de qualité. Le travail sur cette architecture doit permettre de procéder à une revue des solutions envisageables. Cette partie concerne les liaisons entre les génératrices, la structure globale de ces dernières, la sous-station électrique et sa liaison avec le point de raccordement au réseau public. Le travail doit aboutir à une solution de conception nouvelle et optimisée. L objectif ici est de prendre en considération les aspects économiques liés au coût des convertisseurs d électronique de puissance AC/DC haute tension, des sous stations, des câbles. En effet, le coût et l efficacité d un parc éolien

4 offshore dépendent de différents facteurs incluant la nature de la conversion électrique retenue (HVAC ou HVDC), la présence ou non de structures d électronique de puissance additionnelles garantissant une fourniture d énergie de qualité, la nécessité ou non de compenser le réactif, les longueurs et distances de transmission, les niveaux de tension, les puissances mises en jeu, le type de turbines, la topologie de la ferme et les caractéristiques de la ressource. En partant d'un placement géographique des aérogénérateurs défini par l'exploitant du parc, le travail s attachera à optimiser la topologie de câblage, incluant les critères de longueur de câble, redondance. Les niveaux et types de tension possibles seront également examinés. Par ailleurs, cette partie du travail permettra de proposer une ou plusieurs sous-stations et d'éventuels filtres harmoniques. Le travail mené fournira aussi des éléments pertinents sur l'intérêt d introduire des éléments de stockage d énergie. Une dernière partie de ces travaux de thèse s attachera à la gestion du parc éolien. A l aide d une approche basée sur l étude des flux de puissance. Ces travaux dégageront les dépendances entre la gestion d énergie et le dimensionnement du parc. D une manière générale, l impact de la gestion d énergie du parc sur les différents modes de production sera étudié : production partielle, mise en sécurité, mode ilote, sans vent ou en veille.

5 CV du directeur de thèse (1 page maxi) Mohamed MACHMOUM 53 ans Professeur des Universités (Polytech Nantes), PR2, 63 ème section Ingénieur Industriel en Génie Electrique, Liège, Belgique (1984) Docteur de l INPL (Lorraine), 1989 Habilité à diriger des recherches, IREENA, Polytech Nantes, 2004 Thèmes de recherches : - Qualité de l énergie électrique - Systèmes à Energies Renouvelables (éolien, hydrolien ) - Intégration énergétique (smarts grids, stockage et mix énergétique) Activités d Enseignement : Enseignement d électrotechnique analytique, qualité de l énergie et réseaux électriques en Master Recherche SEGE et dans le double master Franco-Chinois (enseignement en Anglais). Enseignement machines électriques, électronique de puissance, signaux, systèmes et circuits électriques pour les élèves du département GE de Polytech Nantes. Publications Revues depuis 2013 : [ACL 1] BOUABDALLAH A., OLIVIER J.C., BOURGUET S., MACHMOUM M., SCHAEFFER E. "Safe sizing methodology applied to a standalone photovoltaic system", Renewable Energy, 2015 [ACL 2] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L., "Optimization of the Connection Topology of an Offshore Wind Farm Network", IEEE Systems Journal, jun [ACL 3] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L., "Evaluation of Optimal Collection System and Positions of Offshore Power Substations of an Offshore Wind Farm", European Journal of Electrical Engineering (EJEE), 2014 [ACL4] BOUTOUBAT M., MOKRANI L., MACHMOUM M., "Full Capability of Harmonic Current Mitigation for a Wind Energy System", Electric Power Components and Systems, vol. 42, num. 15, pages , 2014 [ACL 5] CHEVALIER S., AUVITY B., OLIVIER J.C., JOSSET C., TRICHET D., MACHMOUM M., "Detection of cells state-of-health in pem fuel cell stack using EIS measurements coupled with multiphysics modeling", Fuel Cells, 2014 [ACL 6] MOREAU L., ZAIM M.E., MACHMOUM M., "Control Optimization of a Slotted Switched Reluctance Generator for High-torque Applications", Electric Power Components and Systems, Taylor and Francis Jo, ISBN: print/ on line, 2014 [ACL 7] CHEVALIER S., TRICHET D., AUVITY B., OLIVIER J.C., JOSSET C., MACHMOUM M., "Multiphysics DC and AC models of a PEMFC for the detection of degraded cell parameters", International Journal of Hydrogen Energy, doi : 10,1016/j.ijhydene , 2013 [ACL 8] MERHY M., MOREL C., CHAUVEAU E., MACHMOUM M., "Reducing the Spectral Emissions of PFC Converters by Anticontrol of Chaos", International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), jun [ACL 9] BOUTOUBAT M., MOKRANI L., MACHMOUM M., "Control of a wind energy conversion system equipped by a DFIG for active power generation and power quality improvement", Renewable Energy, pages , feb [ACL 10] MACHMOUM M., BOUTOUBAT M., MOKRANI L., "Power Quality Improvement using Grid Side Converter of Wind energy Conversion Systems", Journal of Energy and Power Engineering, ISSN , 2013 [ACL 11] PETREUS D., DARABAN S., CIOCAN I., PATARAU T., MOREL C., MACHMOUM M., "Low cost single stage micro-inverter with MPPT for grid connected applications", Solar Energy, vol. 92, pages , 2013

6 CV du co-directeur de thèse (1 page maxi)

7 CV de l encadrant (1 page au maximum) Salvy BOURGUET 36 ans Maître de conférences (Polytech Nantes), MC, 63 ème section Ingénieur ENSEM, INPL, Nancy (2001) Docteur de l Université de Nantes, 2004 Thèmes de recherches : - Systèmes à Energies Renouvelables (éolien, hydrolien ) - Intégration énergétique (smarts grids, stockage et mix énergétique) - Optimisation de systèmes électriques complexes (coût, durée de vie, fiabilité) Activités d Enseignement : Enseignement d informatique générale, informatique avancée, et automatismes pour les élèves du département GE de Polytech Nantes pour les élèves du département GE de Polytech Nantes. Enseignement d électrotechnique, réseau de transport d électricité pour les élèves de la formation par apprentissage Maîtrise des énergies de Polytech Nantes. Publications Revues depuis 2013 : [ACL 1] BOUABDALLAH A., OLIVIER J.C., BOURGUET S., MACHMOUM M., SCHAEFFER E. "Safe sizing methodology applied to a standalone photovoltaic system", Renewable Energy, 2015 [ACL 2] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L., "Optimization of the Connection Topology of an Offshore Wind Farm Network", IEEE Systems Journal, jun [ACL 3] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L., "Evaluation of Optimal Collection System and Positions of Offshore Power Substations of an Offshore Wind Farm", European Journal of Electrical Engineering (EJEE), 2014 Publications Conférences Internationales depuis 2013 : [ACTI 1] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., "Reliability Analysis of the Collection System of an Offshore Wind Farm", EVER, Monte-Carlo, Monaco, mar [ACTI 2] BOUABDALLAH A., BOURGUET S., OLIVIER J.C., MACHMOUM M., "Photovoltaic energy for the fixed and tracking system based on the modeling of solar radiation", IECON, Vienna, Austria, nov [ACTI 3] BOUABDALLAH A., BOURGUET S., OLIVIER J.C., MACHMOUM M., "Optimal sizing of a stand-alone photovoltaic system", ICRERA, International Conference on Renewable Energy Research and Applications, Madrid, Spain, oct [ACTI 4] DAHMANI O., BOURGUET S., GUERIN P., MACHMOUM M., RHEIN P., JOSSE L., "Optimization of the internal grid of an offshore wind farm using Genetic Algorithm", Powertech, Grenoble, France, jun. 2013