Modélisation & Simulation Avancée

Ce cours de Master 1 (semestre 1), à forte dominante pratique, donne à l’ingénieur GEEL les outils de modélisation et de simulation nécessaires aux études de systèmes énergétiques : représentation d’état, bond graphs et modèles moyens des convertisseurs ; co-simulation et Hardware-in-the-Loop ; études de réseaux de distribution avec pandapower et OpenDSS ; simulation stochastique (Monte-Carlo, sensibilité, fiabilité, P50/P90) ; optimisation méta-heuristique et multi-objectif assistée par modèles de substitution. Les applications portent sur des cas nigériens : départs HTA NIGELEC, centrales PV autour de Niamey, mini-réseaux hybrides ruraux.

Objectifs d’apprentissage

• Modéliser des systèmes énergétiques complexes par la méthode des espaces d’état et des bond graphs.
• Réaliser des co-simulations entre MATLAB/Simulink, PLECS et Python pour des études système.
• Mettre en œuvre la simulation Monte-Carlo pour l’analyse de sensibilité des systèmes EnR.
• Développer des modèles de substitution (surrogate models) pour l’optimisation des systèmes haute puissance.

Prérequis

Simulation & Modélisation MATLAB S4 (SIM4102) ; Mathématiques Appliquées Laplace/Fourier (MAL4101).

Plan du cours

1. Leçon 1 — Modélisation Avancée
2. Leçon 2 — Co-simulation et Outils Avancés
3. Leçon 3 — Simulation Stochastique
4. Leçon 4 — Optimisation et Conception

Travaux pratiques

Le syllabus prévoit 14 h de TP (sans liste détaillée) ; ils sont organisés en un TP guidé par module :

• Modélisation moyenne vs commutation d’un boost (leçon 1).
• Scripts pandapower et OpenDSS sur un départ HTA 20 kV (exercices de la leçon 2).
• Calcul P50/P90 par Monte-Carlo et indices de Sobol (leçon 3).
• Optimisation multi-objectif d’un système hybride PV + éolien + BESS avec NSGA-II (leçon 4).

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 14 h, TD 6 h, TP 14 h, TPE 26 h, soit 60 h de charge totale (CTT) — 3 crédits. Évaluation : contrôle continu 100 % (pas d’examen terminal), nature TP (pratique) : comptes rendus de TP, scripts et modèles rendus, mini-projet de synthèse.

Bibliographie

• MathWorks, Simulink Modeling Guide (mathworks.com).
• Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill.
• Erickson & Maksimović, Fundamentals of Power Electronics, Springer (complément, modèles moyens).
• Saltelli et al., Global Sensitivity Analysis: The Primer, Wiley (complément).
• Deb, Multi-Objective Optimization Using Evolutionary Algorithms, Wiley (complément).