Conception et réalisation d'un système de gestion intelligente de la consommation électrique domestique

NIALM (Non-Intrusive Load Monitoring) est une technologie innovante par rapport aux compteurs intelligents conventionnels car elle permet de surveiller la consommation individuelle en énergie, par type et usage, des différents appareils électriques dans un réseau électrique grâce à un nœud de détection unique. Ainsi, l’installation et la maintenance du système est très simple du fait de la restriction de éléments matériels utilisés. En revanche, le logiciel NIALM s’avère très complexe et requiert dans le futur le développement d'algorithmes sophistiqués pour classer les appareils avec une bonne précision. Par voie de conséquence, ces algorithmes NIALM complexes nécessitent une plateforme d’exécution puissante et coûteuse. En réponse à ce problème, la première contribution de cette thèse est de proposer un système NIALM innovant fonctionnant en temps réel et à faible coût. Ce système permet de dépasser certaines limites actuelles du NIALM grâce à une extraction d’informations supplémentaires sur les signatures électriques, une détection des transitions lentes et des appareils à multi-états, le tout en temps réel. Cela est possible grâce à deux nouvelles fonctions : un algorithme de détection d'événements CUSUM et une ventilation des sommes cumulées en se basant sur un algorithme génétique.
Comme pour les applications DSP complexes, un système NIALM contient à la fois des processus de contrôle d'événements discrets et des processus de diffusion de traitement en continu des données. La deuxième contribution importante de cette recherche est de proposer une méthodologie utilisant le modèle RPN (Reactive Process Network) pour développer le système NIALM présenté plus haut dans un SoC (System on Chip) avec une accélération matérielle de type FPGA. Ce SoC permet ainsi l'exécution en parallèle dans le FPGA de processus de traitement de données avec des algorithmes complexes tout en satisfaisant les contraintes de temps. Pendant ce temps, d’autres fonctions peuvent être exécutées dans les processeurs programmables. Les avantages de notre méthode sont : la capacité de développer une spécification exécutable, d’effectuer une exploration d'architecture, et d’obtenir rapidement un prototype du système NIALM à partir d’un même modèle applicatif.