Expertises
Partout dans le monde, la consommation d’énergie connaît une croissance ininterrompue. Pour faire face à cette réalité, le GRÉPCI cherche à améliorer et à optimiser les technologies et systèmes existants, tout en favorisant l’intégration des énergies renouvelables.
Commande numérique et simulation des entraînements électriques
Ce volet porte sur l'application des principes de la commande moderne à la régulation de couple, de vitesse ou de position des entraînements électriques. Les moteurs électriques et les convertisseurs électroniques, principales composantes des entraînements électriques, sont des systèmes multivariables et non linéaires dont les paramètres varient dans le temps. De tels systèmes présentent des défis importants du point de vue de la commande. Seules des techniques modernes de commande telles la commande non linéaire, la commande adaptative et la commande robuste permettent d'atteindre des performances remarquables (dynamique rapide, robustesse, précision, etc.). Les entraînements électriques étudiés sont principalement ceux basés sur les types de moteur suivants : synchrone à aimants, asynchrone et à réluctance variable. Un effort particulier est concentré sur la régulation de vitesse sans codeur, basée sur différents types d'observateurs. Notre équipe a également développé une bibliothèque de modèles de simulation d'entraînements électriques pour Matlab/Simulink.
Professeur(e)s responsables : Louis-A. Dessaint et Ouassima Akhrif
Commande avancée des systèmes aéronautiques et robotiques
Ce volet comprend la modélisation dynamique et la commande des avions et des robots. Dans le premier cas, le contrôle actif de vol, rendu possible grâce à la technologie fly-by-wire récemment introduite en aviation civile, est développé pour les modèles longitudinal et latéral de l'avion. L'optimisation et l'échelonnement des gains des régulateurs sont aussi d'un grand intérêt. La commande en cas de défauts est aussi étudiée, et particulièrement l'identification de défauts, la commande tolérante en cas de défauts et la reconfiguration de la commande. La commande non linéaire des hélicoptères est un autre volet considéré.
Dans le cas des systèmes mécatroniques, les robots manipulateurs et les robots mobiles sont exploités. On met surtout l'accent sur les commandes non linéaire et adaptative. Les méthodes d'estimation des paramètres, l'analyse de la stabilité, la commande hybride (position/force) d'un robot, la coopération entre robots et l'implantation en temps réel sont les points saillants de ce domaine de recherche. Les robots exosquelettes font partie de notre intérêt, notamment l'aspect réadaptation.
Professeur(e)s responsables : Ouassima Akhrif et Maarouf Saad
Contrôle coordonné de tension de réseaux de transport d'énergie
Les réseaux électriques sont beaucoup plus sollicités de nos jours et ils se retrouvent parfois dans des conditions d'exploitation non planifiées causant leur instabilité et leur effondrement. Les alternateurs et compensateurs sont les seules sources qui permettent d'avoir sur le réseau de transport des points à tension régulée, non seulement au niveau local ou régional, mais aussi de façon globale, pour faire face aux variations de la charge et de la topologie. Dans ce domaine, nous développons des connaissances en vue d'élaborer des techniques de commande globale pour contrôler le plan de tension du réseau en agissant automatiquement sur la production de puissance réactive de certains groupes de zone, afin d'améliorer la sécurité de tension sur les réseaux électriques de transport.
Professeurs responsables : Maarouf Saad et Pierre Jean Lagacé
Simulation des réseaux électriques
Au cours des 30 dernières années, la simulation est devenue l'un des outils majeurs d'aide à la planification et à la gestion des réseaux de transport d'électricité. La simulation des réseaux électriques est en fait un champ d'investigation hautement porteur de nouveaux développements scientifiques et technologiques.
Depuis une vingtaine d'années, le GRÉPCI est un important partenaire de recherche d'Hydro-Québec dans le domaine de la simulation de phénomènes électromagnétiques de réseaux. Le GRÉPCI a participé au développement du SimPowerSystems (SPS), en collaboration avec l'Université Laval et l'Institut de recherche d'Hydro-Québec. Plus précisément, les professeurs Al-Haddad et Dessaint ont développé la bibliothèque de l'électronique de puissance et des convertisseurs, et celle des machines électriques et des régulateurs du SPS. Le professeur Dessaint et ses étudiants et étudiantes aux cycles supérieurs ont également contribué au développement du simulateur de réseaux électriques Hypersim d'Hydro-Québec, un simulateur complètement numérique en temps réel. La recherche entreprise dans ce volet comprend surtout la conception et la validation de nouveaux modèles pour le SPS. Le professeur Lagacé a, quant à lui, participé au développement de modèles dans EMTP-RV.
Professeurs responsables : Louis-A. Dessaint et Pierre Jean Lagacé
Électronique de puissance et machines électriques
Dans ce domaine, la recherche du GRÉPCI est centrée principalement sur les convertisseurs statiques d'énergie électrique utilisant des semi-conducteurs de puissance. L'accent est mis essentiellement sur la recherche de nouvelles structures utilisant le principe de la commutation douce, le but étant d'augmenter le rendement et la puissance massique des alimentations dans les applications embarquées et dans le domaine de la télécommunication.
Les recherches portent également sur le développement de nouvelles techniques de mitigation (filtres actifs, shunts, séries et hybrides) pour améliorer la qualité de l'énergie électrique, nettoyer le réseau de la pollution harmonique générée par les charges non linéaires (entraînements à vitesse variable, source d'alimentation, etc.). De plus, nous travaillons à l'intégration des FACTS dans le réseau électrique pour mieux contrôler l'écoulement de la puissance, l'écoulement en boucle, le partage de la charge et la répartition des transits de puissance, l'amélioration de la stabilité transitoire, l'amortissement de l'ondulation de système et la régulation de la tension et de la puissance réactive. Aussi, les nouveaux composants semi-conducteurs (IGBT, MCT, etc.) sont à l'étude afin de les intégrer à de nouvelles applications industrielles. Enfin, la modélisation et la simulation sont largement utilisées pour faciliter la conception de convertisseurs complexes et la détermination de leurs lois de commande pour différentes applications industrielles.
Professeurs responsables : Kamal Al-Haddad et Ambrish Chandra
Énergies renouvelables
Préoccupés par le changement climatique essentiellement lié à la production et à la consommation d’énergie, les chercheurs et chercheuses s’emploient à trouver des technologies viables et durables qui répondront au besoin sans cesse croissant d’électricité pour assurer une qualité de vie acceptable à l’immense population de la planète, dont une bonne partie est encore privée de ce luxe. La mise au point de telles technologies passe par l’énergie verte et le recours à des sources d’énergie renouvelable comme le vent et le soleil.
Le problème est particulier pour les collectivités éloignées et dispersées, auxquelles conviennent des systèmes autonomes utilisant des sources d’énergie localement disponibles. De nombreuses collectivités souhaitent entreprendre des projets d’efficience énergétique et d’énergie renouvelable afin de réduire les coûts de l’énergie, de développer l’économie locale et d’accroître leur autonomie en matière d’approvisionnement énergétique, tout en réduisant l’impact environnemental sur leurs terres traditionnelles.
Outre les systèmes autonomes, les sources d’énergie renouvelable connectées au réseau représentent un autre défi de taille. Relier des centaines et des milliers de sources d’énergie renouvelable au réseau de distribution d’énergie introduit différentes dynamiques dans le système. Si les sources de l’énergie distribuée ne sont pas correctement contrôlées, le réseau peut devenir instable et même tomber en panne. Comme on s’achemine vers des réseaux électriques intelligents, les technologies qui utilisent l’énergie renouvelable devront être compatibles avec celles-ci et vice versa. Un aspect important du réseau intelligent est qu’il doit intégrer sans faille de nombreux types de systèmes de génération et de stockage avec un processus d’interconnexion simplifié. Donc, les systèmes à base d’énergie renouvelable devront renoncer à faire partie du réseau de façon passive pour participer activement au fonctionnement de celui-ci et améliorer la qualité de l’énergie électrique.
Sous la supervision du professeur Ambrish Chandra, des travaux de recherche se font dans tous les domaines liés aux énergies renouvelables, notamment : divers types de systèmes de conversion de l’énergie éolienne (DFIG, PMSG, SCIG), systèmes photovoltaïques et systèmes hybrides, y compris, entre autres, les groupes électrogènes diesel, les batteries de stockage d’énergie, interfaçage au réseau, les systèmes autonomes, les systèmes hybrides et les véhicules PHEV, ainsi que les technologies V2G et le smart grid (réseau électrique intelligent). Les éoliennes DFIG et PMSG sans capteur ont déjà été réalisées dans le laboratoire, et diverses techniques de contrôle ont été testées.
Professeur responsable : Ambrish Chandra