Thèse H/F "DynConGrid et GridForge : du co-design à l'exploitation adaptative pour des réseaux électriques résilients"

Description du Poste

Sujet De Thèse

Introduction
La transition vers les énergies renouvelables modifie profondément la manière dont les systèmes électriques doivent être exploités et conçus. L'augmentation de la variabilité de la production solaire et éolienne, ainsi que des modes de consommation plus dynamiques, exigent que le réseau devienne à la fois plus flexible et plus intelligent.

Ce projet combine deux axes de recherche complémentaires — DynConGrid et GridForge — afin de produire un cadre intégré pour la co-conception et l'exploitation adaptative des réseaux électriques. DynConGrid développe un contrôle prédictif (MPC - Model Predictive Control) en temps réel pour la gestion de la congestion via la reconfiguration de la topologie, l'écrêtage de la production et la répartition du stockage. GridForge, quant à lui, conçoit le réseau lui-même afin qu'il supporte un catalogue de topologies réalisables et certifiées en termes de stabilité. Lors de la phase de conception, des modèles substituts (surrogate/proxy models) approximent les résultats du MPC, permettant d'évaluer le comportement des contrôleurs opérationnels sous différentes topologies candidates et d'optimiser ainsi le coût total (CAPEX + OPEX). Ces deux thématiques sont étroitement liées : DynConGrid fournit les données comportementales et les modèles, tandis que GridForge les utilise pour certifier et sélectionner les topologies garantissant un fonctionnement distribué, sûr et efficace.
Objectifs et Méthodologie

DynConGrid (Exploitation Adaptative)

Formuler un MPC combinant des commandes continues (écrêtage, stockage) et une commutation topologique discrète.
Développer des solveurs et des heuristiques évolutifs (relaxations, décomposition, politiques assistées par l'apprentissage) pour un calcul en temps quasi réel.
Intégrer l'incertitude liée à la production renouvelable et à la demande via un MPC robuste et stochastique ; minimiser le coût opérationnel attendu (OPEX).

GridForge (Co-conception et Flexibilité)

Générer des topologies de réseau candidates et des schémas de commutation pour définir un large espace de conception.
Simuler DynConGrid à travers des scénarios représentatifs pour obtenir des données de performance et de coût opérationnel.
Développer des modèles substituts (surrogates) approximant les résultats du MPC (actions de contrôle, coûts, marges de contraintes), permettant d'explorer efficacement de nombreuses topologies lors de la conception.
Formuler une optimisation de co-conception minimisant le coût total = CAPEX (actifs) + OPEX attendu (exploitation pilotée par MPC), sous contraintes de stabilité et de localité.
Appliquer des certificats issus de la théorie du contrôle (Lyapunov, passivité, entrée-sortie) pour garantir la stabilité des dynamiques rapides pour toutes les topologies retenues dans le catalogue réalisable.

Les modèles substituts ne sont pas de simples raccourcis informatiques : ils sont essentiels pour intégrer les effets de l'exploitation basée sur le MPC lors de la conception, garantissant que la flexibilité du réseau sélectionnée reflète un comportement de contrôle réaliste et le coût total. Leur définition nécessitera une collaboration étroite entre DynConGrid et GridForge.

Résultats Attendus et Perspectives

Un cadre opérationnel MPC à variables mixtes (entières/continues) permettant la reconfiguration topologique pour la gestion de la congestion (DynConGrid).
Des outils de co-conception basés sur des modèles-substituts capturant l'exploitation pilotée par MPC, permettant une exploration évolutive de topologies flexibles (GridForge).
Un ensemble certifié de topologies réalisables, dont la stabilité est garantie, équilibrant le CAPEX et l'OPEX attendu.
Des avancées méthodologiques dans l'optimisation assistée par modèles-substituts, le MPC distribué et la certification de la stabilité.

Cette recherche fait relie la planification du réseau et l'exploitation en temps réel, offrant aux opérateurs une voie vers des réseaux riches en énergies renouvelables, résilients, adaptatifs et économiquement efficaces.

Votre Environnement de Travail

Ce travail est financé par le programme conjoint de doctorat CNRS-Université de Melbourne. Deux doctorants participeront à ce projet de recherche commun : l'un étudiera en Australie et l'autre en France. Chaque étudiant passera deux ans dans son institution d'origine et un an dans l'autre institution.

Contexte Scientifique et Originalité
Traditionnellement, la gestion de la congestion reposait sur la planification préventive, le redispatching et l'écrêtage sous des topologies de réseau fixes. Au cours de la dernière décennie, Sorin Olaru et ses collaborateurs ont développé des outils de contrôle distribué et de gestion de la congestion basés sur le MPC, prenant en compte le stockage et l'écrêtage [1, 2, 3]. Ces travaux justifient l'extension du MPC aux choix de topologie discrets (commutation) pour exploiter la flexibilité structurelle.

Les contributions récentes de Ye Wang sont directement pertinentes : le MPC distribué en temps réel avec des taux de communication limités et le partitionnement de réseau basé sur l'optimisation orientent vers des conceptions de contrôle évolutives et sensibles à la communication ; les études de MPC stochastique et de co-conception démontrent des méthodes de gestion de l'incertitude et d'optimisation conjointe des actifs et des commandes [4, 5, 6, 7]. L'originalité de ce projet combiné réside dans le lien établi entre la conception et l'exploitation : (i) l'extension du MPC pour inclure la reconfiguration topologique de manière numériquement traitable (DynConGrid) ; et (ii) l'intégration de modèles substituts émulant les résultats opérationnels pilotés par le MPC, permettant à GridForge de sélectionner des ensembles de topologies minimisant le coût total tout en garantissant la stabilité des dynamiques rapides et la compatibilité du contrôle distribué.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

Le CNRS

Les métiers de la recherche