Moment-SOS hierarchy for large scale set approximation. Application to power systems transient stability analysis

Cette thèse a pour objet l’approximation d’ensembles au moyen de la hiérarchie moment-sommes-de-carrés (abrégée moment-SOS) de Lasserre. Elle est motivée par le besoin croissant de méthodes efficaces pour approcher des ensembles de points de fonctionnement stables dans le domaine des réseaux électriques. En effet, les récents développements et les changements en cours au sein du réseau électrique européen, comme l’augmentation de la part des énergies renouvelables dans la géné- ration d’électricité, et leur raccordement au réseau par des interfaces d’électronique de puissance, soulèvent de nouveaux défis en termes d’évaluation de la sécurité des réseaux électriques. L’objectif de cette thèse est d’étudier la pertinence de la hiérar- chie moment-SOS dans les études de stabilité à grande échelle.Dans cette optique, le schéma numérique que constituent les hiérarchies moment- SOS est étudié en détails, et des résultats généraux sur la convergence et la précision de cet outil sont formulés, et accompagnés de méthodes de calcul spécifiques, inspi- rées de notions de géométrie différentielle et de théorie des équations aux dérivées partielles, visant à améliorer la convergence du schéma numérique.Du point de vue purement calculatoire, l’élément central de cette thèse est l’ex- ploitation de la structure des problèmes, en vue d’alléger le coût des calculs liés aux problèmes industriels à grande échelle, modellisés en très grande dimension. La structure en réseau des systèmes électriques nous conduit à nous intéresser aux configurations dites parcimonieuses, et à concevoir des méthodes distribuant les cal- culs suivant ces configurations, permettant ainsi de réduire drastiquement le coût en calcul de nos implémentations.Enfin, en plus de l’analyse de stabilité, un intérêt particulier est accordé au pro- blème théorique du calcul de volumes, dont les applications se situent plutôt dans le domaine du calcul intégral et de l’évaluation probabiliste, la compréhension de ce problème étant un prérequis pour l’approximation de régions de stabilité pour les systèmes différentiels, comme par exemple les régions d’attractions ou les ensembles positivement invariants, au moyen des hiérarchies moment-SOS. En effet, l’approche du calcul de volumes par les hiérarchies moment-SOS est à l’origine de l’analyse de stabilité par ces mêmes hiérarchies. This thesis deals with approximating sets using Lasserre’s moment-SOS hierarchy. The motivation is the increasing need for efficient m