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FR2987948A1 - Procede et dispositif de gestion de la distribution d'energie - Google Patents

Procede et dispositif de gestion de la distribution d'energie Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion de la fourniture d'énergie dans lequel un agrégateur reçoit une Demande d'énergie d'au moins un opérateur d'un réseau de distribution d'énergie et envoie des consignes à une pluralité d'équipements énergétiques (6) susceptibles de fournir de l'énergie pour satisfaire ladite Demande, procédé caractérisé par les étapes suivantes: - chaque équipement énergétique transmet à l'agrégateur une description des variations instantanées de l'état énergétique et des contraintes techniques liées à son exploitation pour satisfaire ladite Demande, - l'agrégateur définit de façon automatique pour chaque équipement énergétique un profil de réponse à la Demande en fonction de ladite description en tenant compte de réponses non-linéaires et de données historiques de l'état énergétique de chaque équipement énergétique, et transmet à l'opérateur du réseau de distribution d'énergie ledit profil de réponse, et à chaque équipement énergétique (6) un ensemble de signaux de contrôle pour satisfaire ladite Demande.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GESTION DE LA DISTRIBUTION D'ENERGIE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine du pilotage de la Demande d'énergie et concerne plus spécifiquement un procédé de gestion de la fourniture d'énergie à au moins un opérateur d'un réseau de distribution d'énergie dans lequel un agrégateur reçoit une Demande d'énergie dudit opérateur et envoie des consignes à une pluralité d'équipements énergétiques susceptibles de moduler leur consommation d'énergie pour satisfaire ladite Demande. L'invention concerne également un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. L'invention concerne en outre un programme d'ordinateur enregistré sur un support et comportant des instructions pour réaliser les étapes du procédé selon l'invention lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. On désignera par équipement énergétique 20 tout objet technique capable de consommer et/ou produire et/ou stocker de l'énergie. On désignera par agrégateur une société ou un organisme public délégué pour piloter un ensemble d'équipements énergétiques en vue de répondre à une 25 Demande d'énergie émanant d'un ou de plusieurs opérateurs du marché de l'énergie. Les d'équipements énergétiques visés par l'action de l'agrégateur peuvent être la propriété de l'agrégateur lui-même ou la propriété de Clients de l'Agrégateur. L'agrégateur ne contrôlant pas directement tous les équipements, il doit les piloter en envoyant 5 des signaux incitatifs aux équipements. Par pilotage de la Demande, on entend la gestion de la production, de la consommation, et du stockage d'énergie par plusieurs équipements énergétiques répartis géographiquement sur plusieurs 10 sites ou situés chez des particuliers qui sont clients de l'agrégateur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le transport d'énergie, en particulier l'énergie électrique, entre deux points physiques est 15 limité par la capacité du lien physique utilisé à cet effet. Aussi, lorsque les limites de fonctionnement d'un lien physique sont atteintes il faut soit en augmenter la capacité, soit réduire la consommation énergétique en aval. 20 Un des problèmes techniques du pilotage de la Demande est que la réponse des équipements énergétiques à un signal n'est à priori pas connue et dépend du comportement de l'équipement ou du bon vouloir du Client propriétaire de l'équipement 25 considéré. C'est par exemple le cas lorsqu'on veut réduire la consommation énergétique d'un système de chauffage en lui envoyant une commande à cet effet. Dans ce cas, afin de compenser la baisse prévue, peu de temps après la réception de la commande, la 30 consommation énergétique du système de chauffage devient supérieur à la prévision.
Par ailleurs, les réseaux de distributions d'énergie peuvent rencontrer des problèmes techniques, tels que par exemple, la congestion sur les lignes de transmission en cas d'une forte Demande d'électricité, des déviations de la fréquence du courant électrique fourni dans un réseau de distribution par rapport à la fréquence nominale, ou encore une déviation de la tension fournie par rapport à la tension nominale. Le but de l'invention est de permettre à un 10 Agrégateur de distribuer automatiquement et efficacement des commandes de production et/ou consommation et/ou stockage aux équipements énergétiques qu'il pilote afin de corriger les problèmes de sécurité dans un réseau de transport 15 d'énergie décrit ci-dessus. Un autre but de l'invention est de permettre à l'agrégateur d'envoyer automatiquement aux équipements pilotés des commandes de puissance pour satisfaire de façon optimale un objectif prédéfini qui 20 peut consister, par exemple, à prévenir des problèmes de sécurité dans un réseau électrique ou encore à maximiser le revenu engendré par la gestion des équipements énergétiques pilotés par l'Agrégateur en prenant en compte, notamment, les coûts supportés par 25 les clients, les contraintes techniques liés à l'exploitation de ces équipements, en particulier la consommation minimale de l'équipement, la quantité maximale d'énergie qui peut être stocker ou encore la position de l'équipement dans le réseau de 30 distribution.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention est mise en oeuvre par un procédé automatique permettant de désagréger une Demande d'énergie, à la hausse ou à la baisse, vers les équipements pilotés. La distribution est efficace dans le sens où elle est réalisée en satisfaisant de façon optimale un objectif prédéfini qui peut être la correction de problèmes techniques décrits ci-dessus.
Les buts de l'invention sont atteints au moyen d'un procédé automatique de gestion de la fourniture d'énergie dans lequel un agrégateur reçoit une Demande d'énergie à la hausse ou à la baisse émanant d'au moins un opérateur d'un réseau de distribution d'énergie et envoie des consignes à une pluralité d'équipements énergétiques susceptibles de fournir ou de consommer l'énergie pour satisfaire ladite Demande. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: à la réception de la Demande d'énergie, l'agrégateur: construit automatiquement pour chaque équipement énergétique au moins un profil de réponse à ladite Demande en fonction, d'une part, d'une 25 description des variations instantanées de l'état énergétique et des contraintes techniques liées à l'exploitation de chaque équipement énergétique pour satisfaire ladite Demande, et d'autre part, en fonction de variations antérieures de l'état énergétique de 30 chaque équipement énergétique et d'au moins un profil de réponse antérieur préalablement défini pour chaque équipement énergétique, - transmet à l'opérateur le profil de réponse défini, et à chaque équipement énergétique un ensemble de signaux de contrôle pour satisfaire ladite Demande. Selon l'invention, ledit ensemble de signaux de contrôle comporte au moins une commande de production d'énergie et/ou une commande de consommation d'énergie et/ou une commande de stockage d'énergie. Préférentiellement, le Profil de Réponse à la Demande est modélisé par l'agrégateur au moyen d'un ensemble fini de courbes continues décrivant chacune l'état d'énergie de l'équipement en prenant en compte la Demande courante d'énergie faite à l'équipement, l'énergie disponible dans chaque équipement énergétique et le moment de ladite Demande. Dans une première application du procédé selon l'invention, lesdits équipements énergétiques sont des centrales électriques. Dans une deuxième application du procédé selon l'invention lesdits équipements énergétiques sont des éoliennes couplées à des batteries. Dans une troisième application du procédé selon l'invention lesdits équipements énergétiques sont des centrales nucléaires. Dans une quatrième application du procédé selon l'invention lesdits équipements énergétiques sont des appareils électriques installés chez des 30 consommateurs.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 illustre les étapes essentielles du procédé selon l'invention, - la figure 2 représente un exemple de profil de réponse défini par le procédé selon 10 l'invention. - la figure 3 est un organigramme illustrant la détermination automatique des profils de contrôle des équipements énergétiques. 15 EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS L'invention sera décrite dans le contexte des réseaux électriques comportant différentes sources d'énergie dont la production et/ou la consommation et/ou le stockage peuvent être contrôlés. 20 Le procédé est mis en oeuvre par un système de gestion de la distribution d'énergie comportant, un agrégateur 2 adapté pour recevoir une Demande d'énergie d'un opérateur 4, une pluralité d'équipements énergétiques 6 susceptibles de fournir de l'énergie 25 pour satisfaire ladite Demande, une première base de données 8 pour mémoriser des états énergétiques de chacun desdits équipements énergétiques 6 et une deuxième base de données 9 pour mémoriser pour chacun desdits équipements énergétiques des Profils de Réponse 30 aux Demandes d'énergie reçu par l'agrégateur 2.
L'agrégateur 2 comporte des moyens pour construire automatiquement pour chaque équipement énergétique 6 au moins un profil de réponse à ladite Demande en fonction, d'une part, d'une description des variations instantanées de l'état énergétique et des contraintes techniques liées à l'exploitation de chaque équipement énergétique pour satisfaire ladite Demande, et d'autre part, en fonction de variations antérieures de l'état énergétique de chaque équipement énergétique 6 mémorisées dans ladite première base de données 8 et de Profils de Réponse antérieurs mémorisés dans la deuxième base de données 9 préalablement défini pour ledit équipement énergétique 6. L'agrégateur 2 comporte en outre des moyens 15 pour transmettre à l'opérateur 4 le profil de réponse défini et à chaque équipement énergétique 6 un ensemble de signaux de contrôle pour satisfaire ladite Demande. En fonctionnement, comme cela est illustré par la figure 1, lorsqu'un opérateur 4 transmet (étape 20 30) une Demande d'énergie à l'agrégateur 2, ce dernier récupère depuis la base de données 9 les Profils de Réponses possibles de chaque équipement 6 (étape 31) et construit (étape 32) pour chaque équipement énergétique 6, un profil de contrôle de pilotage comportant au 25 moins une commande de production d'énergie et/ou une commande de consommation d'énergie et/ou une commande de stockage d'énergie. A l'étape 33 l'agrégateur 2 génère des signaux de commande en fonction du profil de commande 30 construit à l'étape 32 et transmet lesdits signaux à chaque équipement énergétique 6.
A l'étape 34, l'agrégateur 2 informe l'opérateur 4 des Profils de Réponse prévus. Parallèlement, chaque équipement énergétique 6 transmet régulièrement (étape 40) la base de donnée 8 des informations concernant ses contraintes techniques pour répondre à la Demande d'énergie reçue par l'agrégateur 2 et les variations instantanées de son état énergétique (étape 42), et pour construire les Profils de Réponse à une Demande d'énergie, l'agrégateur 2 récupère (étape 50) depuis la première base de donnée 8 les données historiques des équipements énergétiques 6, et depuis la deuxième base de donnée 9 les Profils de Réponses construit précédemment (étape 52), et construit (étape 54) de façon automatique pour chaque équipement énergétique 6 les Profils de Réponse possibles à ladite Demande en tenant compte des informations historiques récupérées. Les nouveaux Profils de Réponse construits sont ensuite sauvegardés dans la base de données 9 (étape 56).
La figure 2 illustre un exemple de modélisation de profile de réponse dans le cas d'un Client de l'agrégateur possédant un équipement dont la consommation peut varier de 0 à 300 MW. Cette figure est constitué de trois courbes Cl, C2 et C3 illustrant pour chaque heure de la journée la variation de consommation d'un équipement énergétique installé chez un client de l'agrégateur 2 par rapport à une consommation prévisionnelle en tenant compte d'une Demande de réduction de consommation à 5h00. Pour ce client, les courbes sont construites avec l'hypothèse que l'agrégateur 2 a reçu une Demande de réduction de consommation d'énergie de 50 MW, et que cette Demande sera entièrement satisfaites par le client. Les trois courbes Cl, C2 et C3 décrivent des Profils de Réponses à cette Demande respectivement pour trois modes de fonctionnement possibles de l'équipement énergétique. La courbe Cl présente la variation de consommation d'énergie par l'équipement énergétique en cas d'une une Demande de réduction de consommation de 50 MW à 5h00 alors que la consommation prévue est de 100 MW durant la journée. La courbe C2 décrit la variation de consommation d'énergie par l'équipement énergétique pour la même Demande de réduction de consommation alors que la consommation prévue est de 200 MW. La courbe C3 décrit la variation de consommation d'énergie par l'équipement énergétique pour la même Demande de réduction de consommation alors que la consommation prévue est de 300 MW. Les courbes Cl, C2 et C3 décrivent un exemple de réponse d'un client qui essaye de compenser la réduction de consommation à 5h00 par une augmentation de sa consommation propre vers 10h00. La figure 3 est un organigramme illustrant la détermination automatique des profils de contrôle générés à l'étape 32.
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention correspond à la minimisation d'une fonction mathématique permettant de déterminer automatiquement des profils de contrôle «pour chaque équipement 5 énergétique considéré en fonction des états possibles du systèmes. Ces états peuvent par exemple représenter les niveaux énergétiques des équipements. A titre d'exemple plus détaillé, la fonction « objectif » peut représenter la quantité de puissance transitant dans un 10 lien du réseau de distribution d'énergie qui est supérieure à la capacité de transmission du lien, en fonction des niveaux de consommation de certains équipements énergétiques. Le principe d'une distribution optimal des 15 Demandes d'énergie aux équipements visés consiste à créer des enveloppes réalistes de profiles de réponses et à raffiner ces enveloppes afin de converger vers l'enveloppe optimale. A cet effet, on détermine une liste de 20 problèmes liés au fonctionnement des équipements énergétiques dont la résolution est illustrée par l'évolution de la fonction « objectif ». L'organigramme de la figure 3 illustre les étapes de la procédure de détermination automatique des 25 profils de contrôle générés à l'étape 32. A l'étape 50, une liste des problèmes non encore résolus est créée et initialisée avec une approximation du problème de distribution des Demandes d'énergie.
A l'étape 52, un problème est sélectionné et retiré de la liste des sous problèmes non encore résolus. A l'étape 54 ledit problème est résolu par un algorithme de programmation mathématique et des informations sur l'améliorabilité de la solution sont récupérées après la résolution. A l'étape 56 lesdites informations sont utilisées pour tester si la solution peut être améliorée. Si elle l'est la procédure se poursuit à l'étape 58, sinon l'algorithme la procédure se poursuit à l'étape 60..A l'étape 60, on vérifie si la liste des problèmes non encore résolus est vide. Si c'est le cas, la procédure se poursuit à l'étape 52.A l'étape 58 un équipement dont l'enveloppe approchée n'est pas optimal est sélectionné. A l'étape 68 l'enveloppe dudit équipement est séparée en deux, et deux sous-problèmes sont créés. A l'étape 70, lesdits sous-problèmes sont ajoutés à la liste des sous problèmes non encore résolus, et la procédure se poursuit à l'étape 52.20

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de la fourniture d'énergie dans lequel un agrégateur (2) reçoit une 5 Demande d'énergie d'au moins un opérateur (4) d'un réseau de distribution d'énergie et envoie des consignes à une pluralité d'équipements énergétiques (6) susceptibles de moduler leur consommation d'énergie pour satisfaire ladite Demande, procédé caractérisé par 10 les étapes suivantes: chaque équipement énergétique (6) transmet à l'agrégateur (2) une description des variations instantanées de l'état énergétique et des contraintes techniques liées à son exploitation pour 15 satisfaire ladite Demande, l'agrégateur (2) définit de façon automatique pour chaque équipement énergétique (6) un profil de réponse à la Demande en fonction de ladite description en tenant compte de réponses non-linéaires 20 et de données historiques de l'état énergétique de chaque équipement énergétique (6), et transmet à l'opérateur (4) ledit profil de réponse du réseau de distribution d'énergie, et à chaque équipement énergétique (6) un ensemble de signaux de contrôle pour 25 satisfaire ladite Demande.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit ensemble de signaux de contrôle comporte au moins une commande de production d'énergie et/ou une 30 commande de consommation d'énergie et/ou une commande de stockage d'énergie.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le Profil de Réponse à la Demande est modélisé par l'agrégateur (2) au moyen d'un ensemble fini de courbes continues décrivant chacune l'état d'énergie de chaque équipement énergétique (6) en prenant en compte la Demande courante d'énergie, l'énergie disponible dans chaque équipement énergétique (6) et le moment de ladite Demande.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits équipements énergétiques (6) sont des centrales électriques.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 dans 15 lequel lesdits équipements énergétiques(6) sont des éoliennes.
  6. 6. Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits équipements énergétiques (6) sont des 20 centrales nucléaires.
  7. 7. Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits équipements énergétiques (6) sont des appareils électriques installés chez des consommateurs. 25
  8. 8. Dispositif de gestion de la distribution d'énergie à au moins un opérateur d'énergie comportant, un agrégateur (2) comportant des moyens pour recevoir une Demande d'énergie et des moyens pour piloter une 30 pluralité d'équipements énergétiques (6) susceptibles de fournir de l'énergie pour satisfaire ladite Demande,système caractérisé en ce que chaque équipement énergétique (6) est adapté pour transmettre à l'agrégateur (2) une description des variations instantanées de l'état énergétique et des contraintes techniques liées à son exploitation pour satisfaire ladite Demande et en ce que l'agrégateur (2) définit de façon automatique pour chaque équipement énergétique (6) un profil de réponse à la Demande en fonction de ladite description en tenant compte de réponses non- linéaires et de données historiques de l'état énergétique de chaque équipement énergétique (6), et transmet à l'opérateur (2) ledit profil de réponse du réseau de distribution d'énergie, et à chaque équipement énergétique (6) un ensemble de signaux de contrôle pour satisfaire ladite Demande.
  9. 9. Programme d'ordinateur enregistré sur un support et comportant des instructions pour réaliser les étapes du procédé selon la revendication 1 lorsqu'il est exécuté par un ordinateur.
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