Thèse de doctorat (h/f) en théorie des systèmes et contrôle – "contrôle des sous-harmoniques dans les systèmes non linéaires : application aux réseaux électriques

Informations générales

Intitulé de l'offre : Thèse de doctorat (H/F) en théorie des systèmes et contrôle – "Contrôle des sous-harmoniques dans les systèmes non linéaires : application aux réseaux électriques"
Référence : UMR5007-DANAST-001
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : VILLEURBANNE
Date de publication : jeudi 17 avril 2025
Type de contrat : CDD Doctorant
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2025
Quotité de travail : Complet
Rémunération : 2200€ brut mensuel
Section(s) CN : 07 - Sciences de l'information : traitements, systèmes intégrés matériel-logiciel, robots, commandes, images, contenus, interactions, signaux et langues

Description du sujet de thèse

Contrôle des sous-harmoniques dans les systèmes non linéaires : application aux réseaux électriques
L’essor des énergies renouvelables, en particulier l’énergie solaire et éolienne, entraîne une transformation profonde des réseaux électriques modernes. La transition vers un mix énergétique plus propre repose de plus en plus sur l'utilisation de ressources à base d'onduleurs (Inverter-Based Resources - IBRs), qui remplacent progressivement les générateurs synchrones traditionnels. Toutefois, cette évolution introduit de nouveaux défis en matière de stabilité et de régulation des réseaux électriques, notamment l’émergence de phénomènes sous-harmoniques. Ces oscillations complexes, qui apparaissent à des fréquences inférieures à la fréquence fondamentale du réseau, ne sont pas toujours détectées par les analyses harmoniques classiques utilisées en phase de conception. Elles peuvent entraîner une dégradation des performances des équipements, des pertes économiques significatives et, dans certains cas, compromettre la sécurité du réseau.

L'objectif de cette thèse est d'étudier les origines des sous-harmoniques dans les réseaux électriques, en développant une approche rigoureuse basée sur la théorie des systèmes dynamiques et du contrôle non linéaire. Plusieurs questions de recherche seront explorées :
Quels sont les mécanismes fondamentaux responsables de l’apparition des sous-harmoniques dans les IBRs ? Pourquoi les modèles actuels des IBRs échouent-ils à capturer ces phénomènes de manière précise ? Quelles stratégies de contrôle peuvent être développées pour atténuer ou supprimer ces oscillations indésirables ?

Les résultats de cette thèse contribueront à une meilleure compréhension des interactions dynamiques dans les réseaux électriques modernes et fourniront des outils concrets pour améliorer leur conformité et leur intégration dans les infrastructures existantes.

Cette thèse s’inscrit dans un projet conjoint entre le CNRS et Imperial College London. Le doctorant interagira étroitement avec les chercheurs des deux institutions et effectuera un séjour de trois mois à Imperial College.

Profil recherché : Nous recherchons un candidat ayant une formation solide en contrôle des systèmes et en mathématiques appliquées (analyse non linéaire, théorie des systèmes). Une connaissance de base en ingénierie électrique sera également un atout pour mieux appréhender le contexte des réseaux électriques et des onduleurs.

Références :
[1] Y. Cheng et al (2023). Real-world subsynchronous oscillation events in power grids with high penetrations of inverter-based resources. IEEE Transactions on Power Systems, 38(1): 316–330.
[2] Hayashi, C. (2014). Nonlinear oscillations in physical systems (Vol. 432). Princeton University Press.
[3] Fyrillas, M. M., & Szeri, A. J. (1998). Control of ultra-and subharmonic resonances. Journal of Nonlinear Science, 8: 131-159.
[4] Astolfi, D., Praly, L., & Marconi, L. (2022). Nonlinear Robust Periodic Output Regulation of Minimum Phase Systems. Mathematics of Control, Signals, and Systems, 34: 129-184.
[5] Bin, M., Astolfi, D., & Marconi, L. (2023). About Robustness of Control Systems Embedding an Internal Model. IEEE Transactions on Automatic Control, 68(3): 1306 - 1320.

Contexte de travail

Le doctorant sera accueilli au LAGEPP (Laboratoire d’Automatique, de Génie des Procédés et de Pharmacie Industrielle), une unité de recherche du CNRS située à Villeurbanne et affiliée à l’Université Claude Bernard Lyon 1. Le laboratoire possède une expertise reconnue dans la modélisation, l’analyse et le contrôle des systèmes non linéaires, avec des applications dans divers domaines allant des procédés industriels aux systèmes énergétiques.

Le doctorat se déroulera au sein de l'équipe DYCOP (Dynamique, Commande et Observation des Procédés), qui est spécialisée dans le contrôle et l’observation des systèmes dynamiques complexes. L’équipe DYCOP regroupe des chercheurs ayant une expertise approfondie en théorie du contrôle, en identification des systèmes et en conception d’observateurs.

La thèse sera dirigée par Daniele Astolfi (CNRS, LAGEPP), spécialiste du contrôle et de la régulation des systèmes non linéaires. Le projet est mené en collaboration avec Giordano Scarciotti (Imperial College London), un expert reconnu en théorie des systèmes non linéaires et en réduction de modèles. Des échanges réguliers avec le groupe de recherche de l’Imperial College sont prévus au cours de la thèse.

Contraintes et risques

Cette thèse sera principalement théorique, sans expérimentation physique ou mise en œuvre sur des plateformes industrielles. Toutefois, les résultats obtenus devront être validés sur des modèles représentatifs des réseaux électriques modernes.

Le doctorant devra prendre en compte une mobilité internationale dans le cadre de la collaboration avec Imperial College London, incluant un séjour de trois mois à Londres et des échanges réguliers entre les deux institutions. Une capacité d’adaptation à un environnement de recherche international et une bonne autonomie seront donc des atouts pour réussir dans ce projet.