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FR3012646A1 - Procede d'optimisation de la consommation et de la production d'une installation electrique - Google Patents

Procede d'optimisation de la consommation et de la production d'une installation electrique Download PDF

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FR3012646A1
FR3012646A1 FR1360714A FR1360714A FR3012646A1 FR 3012646 A1 FR3012646 A1 FR 3012646A1 FR 1360714 A FR1360714 A FR 1360714A FR 1360714 A FR1360714 A FR 1360714A FR 3012646 A1 FR3012646 A1 FR 3012646A1
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Abstract

L'invention propose un procédé d'optimisation d'une production et d'une consommation d'électricité d'une installation raccordée à un réseau comprenant au moins un équipement consommateur d'électricité et une source de production d'électricité autonome, le procédé étant mis en œuvre dans une architecture comprenant ladite installation, des moyens de raccordement de l'installation au réseau, et au moins une unité d'aiguillage, comprenant au moins un aiguilleur et une unité de traitement, l'unité d'aiguillage étant adaptée pour relier sélectivement la source de production autonome aux équipements consommateurs ou au réseau en fonction d'informations qui lui sont communiquées, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la mise en œuvre, de : - l'acquisition d'informations relatives à : o des tarifications de vente et de soutirage d'électricité au réseau, o une production électrique de la source autonome, o une consommation électrique des équipements consommateurs d'électricités, et o des indications relatives au besoin de soutirage ou d'injection d'électricité au réseau, et - la détermination, à partir desdites informations, d'un état d'aiguillage permettant l'acheminement de l'électricité produite par la source au réseau ou à l'équipement consommateur, pour minimiser le coût de consommation d'électricité de l'installation et maximiser le gain de production, et le pilotage de chaque aiguilleur pour mettre en œuvre ledit état d'aiguillage. L'invention propose également une architecture comprenant une unité de traitement adaptée pour la mise en œuvre du procédé.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui de la gestion de la production et de la consommation d'énergie d'une installation raccordée à un réseau électrique et équipée d'une source autonome de production d'électricité.
L'invention s'applique notamment aux installations comprenant une source de production d'électricité à partir d'énergie renouvelable tel que l'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie éolienne ou hydraulique au fil d'un cours d'eau. ETAT DE LA TECHNIQUE La promotion du développement des énergies renouvelables a incité certains consommateurs d'électricité, alimentés par un fournisseur à travers un réseau général de production d'électricité, à installer des équipements de production autonomes, essentiellement photovoltaïque. Cette incitation provient essentiellement d'un prix de rachat par le fournisseur de cette électricité produite par les sources autonomes, qui est fixé par le gouvernement, est actuellement élevé.. Jusqu'à présent le prix de rachat élevé de l'électricité incitait les clients à vendre la totalité de leur production sur le réseau, sans prise en compte d'autres considérations telles que la consommation de l'installation, et les contraintes du réseau et de l'installation. Cependant, la multiplication des sources de production autonomes raccordées au réseau crée des difficultés techniques de fonctionnement du réseau. En particulier, lorsque trop de production est connectée au réseau, la tension sur le réseau peut monter.
Or, au-delà d'un certain seuil de tension, les systèmes de protection de l'onduleur de l'installation de production- permettant de convertir le courant continu généré par la source autonome en courant alternatif pour le rendre compatible au réseau - déconnectent l'onduleur du réseau, ce qui pénalise l'installation car alors l'électricité produite par la source autonome est perdue.
L'incitation à vendre systématiquement l'électricité générée par la source autonome peut donc être amenée à disparaître. Elle pourrait être remplacée par une incitation variable fondée sur une modulation des prix de rachat. De plus, le fournisseur d'électricité qui achète et vend l'électricité aux clients doit faire face à une exigence d'équilibre entre la production et la consommation à une échelle globale du réseau, et le gestionnaire du réseau doit faire face à une même exigence d'équilibre entre production et consommation à une échelle locale (par exemple à un endroit précis du réseau). Cet équilibre pourra être atteint si le fournisseur et/ou le gestionnaire de réseau peuvent inciter les installations à moduler leur consommation ou leur production pour atteindre l'équilibre global, par exemple en modulant les prix d'achat ou de vente de l'électricité. Une gestion optimisée de la production et de la consommation d'une installation raccordée à un réseau doit donc tenir compte des différentes contraintes du réseau et de l'installation. Le document GB 2 445 421 décrit un algorithme de gestion de l'électricité produite par une source d'électricité autonome d'une installation raccordée à un réseau, l'algorithme consistant à acquérir à intervalles réguliers l'heure de la journée pour en déduire les tarifs de soutirage d'électricité sur le réseau.
Si l'heure de la journée correspond à une heure de pointe, pour laquelle le tarif de soutirage d'électricité est élevé, l'algorithme commande la vente de toute l'énergie produite par la source autonome et stockée par la batterie, sous réserve que le réseau ait besoin d'électricité. En revanche, si l'heure de la journée correspond à une heure creuse, les équipements consommateurs d'électricité sont allumés. Par conséquent l'algorithme proposé dans ce document tente de maximiser la consommation sur certaines plages de temps correspondant à des heures de faible consommation du réseau à une échelle globale, et de maximiser la production de l'installation sur certaines autres plages de temps correspondant à des heures de forte consommation électrique du réseau à une échelle globale. Cet algorithme peut s'avérer coûteux puisqu'il ne tient pas compte des besoins de l'installation, et il ne permet pas de réaliser une optimisation globale prenant en compte un ensemble de contraintes dont les contraintes de fonctionnement de l'installation de consommation.
De plus, les prix de vente et de rachat de l'électricité du fournisseur peuvent être amenés à varier au cours du temps, sans être fixés selon des plages de temps contractuelles. Cet algorithme ne serait alors plus adapté à ces prix variables.
PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un procédé d'optimisation de la production et de la consommation d'une installation raccordée à un réseau du point de vue de l'installation, tout en respectant les contraintes du réseau et du fournisseur d'électricité. A cet égard, l'invention a pour objet un procédé d'optimisation d'une production et d'une consommation d'électricité d'une installation raccordée à un réseau comprenant au moins un équipement consommateur d'électricité et une source de production d'électricité autonome, le procédé étant mis en oeuvre dans une architecture comprenant ladite installation, des moyens de raccordement de l'installation au réseau, et au moins une unité d'aiguillage, comprenant au moins un aiguilleur et une unité de traitement, l'unité d'aiguillage étant adaptée pour relier sélectivement la source de production autonome aux équipements consommateurs ou au réseau en fonction d'informations qui lui sont communiquées, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre, de : l'acquisition d'informations relatives à : o des tarifications de vente et de soutirage d'électricité au réseau, o une production électrique de la source autonome, o une consommation électrique des équipements consommateurs d'électricités, et o des indications relatives au besoin de soutirage ou d'injection d'électricité au réseau, et la détermination, à partir desdites informations, d'un état d'aiguillage permettant l'acheminement de l'électricité produite par la source au réseau ou à l'équipement consommateur, pour minimiser le coût de consommation d'électricité de l'installation et maximiser le gain de production, et le pilotage de chaque aiguilleur pour mettre en oeuvre ledit état d'aiguillage. Avantageusement, mais facultativement, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : les étapes d'acquisition d'informations, de détermination d'un état d'aiguillage, et de pilotage de l'aiguilleur, sont mises en oeuvre à intervalles de temps déterminés. les informations relatives à une consommation électrique des équipements consommateurs comprennent une prévision de consommation des équipements, et le procédé comprend en outre l'acquisition de prévisions de production d'électricité de la source autonome. le procédé est mis en oeuvre dans une architecture dans laquelle l'installation raccordée au réseau comprend en outre une unité de stockage, l'unité d'aiguillage étant en outre adaptée pour relier la source de production autonome à l'unité de stockage et pour relier l'unité de stockage au réseau ou aux équipements consommateurs, dans lequel les informations acquises comprennent en outre un taux de charge de l'unité. Le procédé est mis en oeuvre dans une architecture dans laquelle l'unité de traitement est adaptée pour commander au moins un équipement consommateur d'électricité, le procédé comprenant en outre la détermination d'états démarrés ou arrêtés d'équipements consommateurs d'électricité pour minimiser le coût de consommation d'électricité de l'installation, et le démarrage ou l'arrêt d'au moins un équipement consommateur d'électricité pour mettre en oeuvre lesdits états. Le procédé comprend en outre une étape de paramétrage, comprenant l'acquisition de paramètres fixes comprenant des contraintes d'utilisations d'au moins un équipement consommateur d'électricité.
L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé selon la présentation qui précède lorsque celui-ci est mis en oeuvre par des moyens de traitement d'une unité de traitement.
L'invention a encore pour objet une architecture comprenant une installation raccordée à un réseau, l'installation comprenant au moins un équipement consommateur d'électricité et une source de production d'électricité autonome, l'architecture comprenant en outre des moyens de raccordement de l'installation au réseau, et au moins une unité d'aiguillage, comprenant au moins un aiguilleur et une unité de traitement, caractérisée en ce que l'unité de traitement est adaptée pour la mise en oeuvre du procédé selon la présentation qui précède.
Avantageusement, mais facultativement, l'architecture selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - l'installation comprend en outre une unité de stockage d'électricité ; l'unité d'aiguillage étant adaptée pour relier la source de production autonome à l'unité de stockage et pour relier l'unité de stockage au réseau ou aux équipements consommateurs, et pour interdire le chargement de la batterie par prélèvement sur le réseau. - les moyens de raccordement de l'installation au réseau comprennent deux voies distinctes de raccordement, les deux voies étant respectivement une voie de soutirage d'électricité et une voie d'injection d'électricité. - l'unité d'aiguillage comprend un aiguilleur principal, adapté pour sélectivement délivrer de l'électricité provenant de l'unité de stockage ou de la source de production autonome au réseau ou aux équipements, et un aiguilleur auxiliaire, adapté pour relier sélectivement la source de production autonome à l'unité de stockage ou à l'aiguilleur principal, ou la batterie à l'aiguilleur principal. - L'architecture comprend un aiguilleur combiné, adapté pour relier sélectivement la source de production autonome à l'unité de stockage, au réseau ou aux équipements consommateurs, ou l'unité de stockage au réseau.
Le procédé d'optimisation selon l'invention permet de minimiser le coût de consommation d'électricité d'une installation raccordée à un réseau tout en maximisant le gain de rachat de production en toutes circonstances, et en tenant compte à la fois des contraintes du réseau en termes de besoin de soutirage ou d'injection d'électricité, et à la fois des contraintes de l'installation en termes de consommation et de production d'électricité, et de contraintes sur le fonctionnement des équipements électriques consommateurs.
DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - La figure la représente une architecture selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 1 b représente une architecture selon un autre mode de réalisation de l'invention. - La figure 2 représente les principales étapes d'un procédé d'optimisation selon l'invention - La figure 3a représenté un mode de réalisation particulier du procédé d'optimisation. - La figure 3b représente un autre mode de réalisation du procédé d'optimisation. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION En référence aux figures 1 a et 1 b, on a représenté une architecture 1 comprenant une installation 10 raccordée à un réseau électrique 2, le réseau 2 étant géré par un distributeur d'électricité. L'installation 10 comprend au moins une source autonome de production d'électricité 11, ladite source pouvant être du type solaire, par exemple solaire photovoltaïque, éolienne, hydraulique, etc. La source autonome 11 génère un courant continu. L'installation 10 comprend en outre au moins un équipement 12 consommateur d'électricité. Les équipements 12 consommateurs d'électricité comprennent avantageusement au moins un équipement 12' pilotable, c'est-à-dire dont l'utilisation peut être reportée ou avancée dans le temps en fonction des circonstances dans lesquelles il est plus avantageux de l'utiliser. Ceci peut être le cas par exemple d'un lave-vaisselle, d'un ballon d'eau chaude, ou d'un lave-linge. Avantageusement, mais facultativement, l'installation 10 comprend également une ou plusieurs unités de stockage d'électricité 13 générée par la source 11 autonome. Par exemple, l'installation 10 peut comprendre une ou plusieurs batteries. L'installation 10 comprend alors un système de gestion (non représenté) du taux de charge de l'unité, adapté pour déterminer une quantité d'électricité stockée et une capacité de stockage restante. Ainsi par exemple, dans le cas de batteries, l'installation comprend en outre un système de gestion des batteries (en anglais Battery Management System) qui peut déterminer un état de charge de la ou les batteries. L'installation 10 est de plus raccordée au réseau 2 de préférence par deux voies de raccordement 3, 4 distinctes, une voie de raccordement 3 étant une voie de soutirage d'électricité au réseau, et l'autre voie 4 étant une voie d'injection d'électricité au réseau. Les équipements 12 consommateurs d'électricité sont raccordés à la voie de soutirage d'électricité 3. Avantageusement, celle-ci comprend un compteur 30 de l'électricité soutirée au réseau. Ce compteur 30 permet d'obtenir des informations sur la quantité d'électricité prélevée sur le réseau, mais aussi, en décodant des informations émises par le gestionnaire de réseau ou le fournisseur sur le réseau, des informations relatives au prix de vente d'électricité par le fournisseur, des informations non tarifaires, par exemple relatives au besoin du fournisseur en injection ou en soutirage d'électricité. La voie d'injection 4 d'électricité peut également comprendre un compteur 40, permettant de déterminer la quantité d'électricité injectée sur le réseau, et les prix de rachat d'électricité par le fournisseur. Les prix de vente et de rachat d'électricité par le fournisseur sont variables dans le temps, et peuvent être fournis en temps réel par le fournisseur et/ou le gestionnaire de réseau.
L'architecture 1 comprend également un compteur 110 de l'électricité produite par la source de production autonome 11, pour évaluer l'électricité produite par la source 11 et sa distribution vers les autres éléments de l'installation. L'architecture 1 comprend en outre une unité d'aiguillage 20. L'unité d'aiguillage 20 comprend au moins un aiguilleur 21 et une unité de traitement 22 adaptée pour piloter chaque aiguilleur. L'unité d'aiguillage comprend en entrées la source de production autonome et le cas échéant l'unité de stockage d'électricité 13. En sortie, l'électricité peut être raccordée aux équipements 12 consommateurs d'électricité, à l'unité de stockage 13, ou à la voie 4 d'injection d'électricité au réseau. L'unité d'aiguillage est ainsi adaptée pour connecter sélectivement : - La source de production autonome 11 aux équipements 12, ou à la voie d'injection d'électricité sur le réseau, ou encore à l'unité de stockage 13, et - l'unité de stockage 13 aux équipements 12 ou à la voie 4 d'injection d'électricité sur le réseau. L'architecture comprend enfin des disjoncteurs 60 pour préserver la source 11, les équipements 12 et le cas échéant l'unité de stockage 13 en cas d'incident.
Un disjoncteur 60 se trouve en entrée des équipements 12. Selon un premier mode de réalisation de l'unité d'aiguillage, représenté en figure 1 a, l'unité d'aiguillage comprend deux aiguilleurs 21, 21', commandés par l'unité de traitement 22.
Un aiguilleur auxiliaire 21' permet de récupérer un courant continu provenant de la source 11 de production ou de l'unité de stockage 13, pour le délivrer à un onduleur unique 50. L'aiguilleur auxiliaire 21' se trouve donc en entrée de l'onduleur 50 et en sortie de la source 11 de production autonome. La batterie est reliée à l'aiguilleur pour sélectivement récupérer ou injecter de l'électricité dans l'aiguilleur. L'aiguilleur permet donc sélectivement de relier : - la source de production autonome 11 à l'unité de stockage 13 ou à l'onduleur 50, et - l'unité de stockage à l'onduleur 50.
Dans ce mode de réalisation, l'unité de traitement est donc adaptée pour piloter à la fois l'aiguilleur principal 21 et l'aiguilleur auxiliaire 21'. A cet égard, elle est avantageusement adaptée pour communiquer à distance, par exemple par connexion Wifi ou Bluetooth. Avantageusement, l'unité de traitement 22 est adaptée pour communiquer 30 avec le compteur 110, avantageusement par un moyen de communication à distance type VVifi, Bluetooth ou tout autre mode de communication. L'unité d'aiguillage comprend en outre un aiguilleur principal 21 en sortie de l'onduleur. Cet aiguilleur est adapté pour sélectivement relier la sortie de l'onduleur 50 à la voie d'injection 4 d'électricité au réseau ou aux équipements 12 consommateurs d'électricité. Un disjoncteur 60 est disposé en sortie de l'onduleur 50. Dans ce mode de réalisation, la fonction du compteur d'injection 40 peut être remplie par l'unité de traitement 22 de l'unité d'aiguillage 20. Selon un mode de réalisation alternatif représenté en figure 1 b, l'unité d'aiguillage 20 comprend un aiguilleur 21 combiné. Cet aiguilleur a pour entrées la source 11 et la batterie 13 le cas échéant, et en sortie les équipements 12, la voie 4 d'injection d'électricité, et le cas échéant l'unité de stockage 13. L'architecture comprend alors deux onduleurs 51, 52 respectivement en sortie de la source 11 et de l'unité de stockage 13. Avantageusement, l'onduleur 52 peut également fonctionner en redresseur afin de délivrer à l'unité de stockage 13 un courant continu et ainsi charger ladite unité.
L'aiguilleur combiné 21 permet donc de relier sélectivement la sortie de l'onduleur 51 (soit la sortie de la source 11 convertie en courant alternatif) aux équipements 12, à la voie 4 d'injection d'électricité sur le réseau, ou à l'onduleur 52 fonctionnant en redresseur pour charger l'unité de stockage. Il permet également de connecter l'unité de stockage 13 à la voie 4 20 d'injection d'électricité. En revanche, contrairement au mode de réalisation précédent, celui-ci ne permet pas de décharger l'unité de stockage 13 vers les équipements 12. Ce mode de réalisation comprend deux disjoncteurs distincts 60 disposés respectivement entre les onduleurs 51, 52 et l'aiguilleur 21. 25 Dans ce mode de réalisation également, la fonction du compteur d'injection 40 peut être remplie par l'unité de traitement 22 de l'unité d'aiguillage 20. Comme décrit plus en détails ci-après, l'unité de traitement 22 est adaptée pour piloter le ou les aiguilleurs à partir des informations qu'elle récupère. 30 A cet égard, l'unité de traitement est avantageusement adaptée pour communiquer électroniquement avec : le compteur 30 de la voie de soutirage, afin de récupérer du compteur les informations relatives : o à la quantité d'électricité soutirée au réseau, c'est-à-dire la consommation des équipements, ou la puissance consommée instantanée afin d'ajuster les états des aiguilleurs. o aux prix d'achat de l'électricité au réseau (prix pour le soutirage d'électricité), qui peuvent être variables dans le temps, mais aussi déterminés à l'avance pour une période donnée, ou encore évoluer en fonction de la puissance soutirée, et o aux besoins en soutirage ou en injection du réseau. Ces informations peuvent être émises localement, par exemple par el compteur 30 en cas de détection d'une tension haute ou basse, ou de manière centralisée, émanant par exemple d'un poste de contrôle du gestionnaire de réseau. - La source 11 d'électricité autonome ou le compteur 110 en sortie de ladite source, afin de déterminer la production de celle-ci, - Le compteur 40 de la voie d'injection pour déterminer la quantité d'électricité injectée sur le réseau et le prix de rachat d'électricité par le réseau, c'est-à-dire le prix d'injection d'électricité sur le réseau, - L'onduleur 50, dans le mode de réalisation de la figure la, pour déterminer la puissance de celui-ci, cette puissance devant être inférieure à un seuil déterminé en fonction du modèle de l'onduleur, - l'unité de stockage d'électricité 13 ou son système de gestion, pour récupérer l'indication de la quantité d'électricité stockée, par exemple du taux de charge de la batterie, - Les équipements 12, pilotables ou non, pour récupérer des informations relatives à l'utilisation et la consommation des équipements. Ces informations peuvent également comprendre une indication des besoins d'utilisation des équipements 12. Par exemple l'utilisateur peut planifier ses usages ; par exemple en spécifiant qu'il souhaite utiliser un équipement dans les prochaines 24 heures, ou l'heure à laquelle un équipement doit être disponible, etc. L'unité de traitement 22 reçoit aussi, avantageusement, des prévisions de consommation et de production, par exemple à partir de la météo et des utilisations prévues des équipements 12. Ces informations peuvent être chargées directement dans l'unité de traitement par un utilisateur ou être produites par l'unité de traitement 22 en fonction d'autres informations, telles que des statistiques sur les utilisations passées des équipements et la production moyenne d'électricité sur une période. L'unité de traitement comprend avantageusement une interface interactive pour permettre à un utilisateur d'y insérer des données ou de la programmer. De manière optionnelle, l'architecture peut également comprendre un véhicule électrique pouvant décharger sa batterie sur l'installation ou se recharger à partir de la branche de soutirage 3. Le véhicule peut donc être considéré soit comme une consommation au moment de la charge ou un moyen de production au moment de la décharge. L'unité de traitement 22 peut alors aussi être paramétrée en fonction des contraintes d'utilisation du véhicule ; si par exemple l'utilisateur prévoit de s'en servir dans les prochaines 24h, et pour quel type de trajet.
On va maintenant décrire, en référence aux figures 2, 3a et 3b, un procédé 1000 d'optimisation de la consommation et de la production de l'installation 10. Le procédé comprend avantageusement une première étape 1100 de paramétrage de l'unité de traitement 22. Les paramètres renseignés peuvent être les suivants : - Capacité maximale de l'unité de stockage, - Puissance maximale admissible par l'onduleur 50, dans le cas du mode de réalisation de la figure la, - La puissance souscrite au niveau de la voie de soutirage, si celle-ci n'est pas variable, - La puissance d'injection sur le réseau au niveau de la voie d'injection, si celle-ci n'est pas variable, - Les contraintes d'utilisations des équipements 12 consommateurs d'électricité.
Ces contraintes peuvent comprendre par exemple une indication de la longueur d'un cycle d'utilisation d'un équipement 12, et s'il est interruptible ou non pendant le cycle. Ceci concerne de préférence les équipements pilotables 12', afin de permettre à l'unité de traitement de déterminer si certains équipements 12' peuvent être démarrés ou arrêtés pour optimiser la consommation et la production.
Le paramétrage 1100 permet également de programmer dans l'unité de traitement 12 des états d'aiguillage interdits. Ainsi par exemple, le rechargement de l'unité de stockage 13 depuis le réseau est interdit. Pour ce faire, la consommation d'électricité au niveau du compteur 40 de la voie d'injection est comparée par l'unité de traitement 22 à un seuil prédéterminé qui est paramétré par le distributeur d'électricité. Si ce seuil est dépassé, l'unité de traitement 22 pilote le ou les aiguilleurs pour interrompre la connexion avec la voie 4 d'injection. Par défaut, ce seuil est à zéro, pour interdire le soutirage d'électricité par la voie d'injection. Alternativement, ce seuil peut être à une valeur positive faible correspondant à la consommation de l'aiguilleur combiné ou principal 21 et de l'électronique de puissance de l'onduleur/redresseur. De même, un sous-compteur (non représenté) se trouve entre la branche de soutirage et l'aiguilleur combiné ou principal 21, et la consommation d'électricité au niveau de ce sous-compteur est comparée à un seuil prédéterminé paramétré par le distributeur. Si ce seuil est dépassé, l'unité de traitement pilote le ou les aiguilleurs pour interrompre la connexion entre l'aiguilleur combiné ou l'aiguilleur principal et la voie de soutirage 3. Ce seuil est par défaut à zéro. Après ce paramétrage, le procédé comprend une étape 1200 d'acquisition, par l'unité de traitement, de toutes les informations nécessaires à l'optimisation, qui ont été décrites ci-avant, et une étape 1300 de détermination d'un état de l'aiguillage permettant de minimiser le coût de consommation d'électricité pour l'utilisateur et de maximiser la recette de production d'électricité. Avantageusement, mais facultativement, lorsque les équipements 12 comprennent au moins un équipement pilotable 12', cette étape 1300 comprend en plus la détermination d'états démarrés ou arrêtés d'au moins un équipement pilotable 12'. Ceci permet d'adapter la consommation d'électricité des équipements en fonction des informations acquises à l'étape 1200, afin de minimiser le coût de consommation totale d'électricité tout en maximisant le gain de rachat.
Une fois l'état d'aiguillage déterminé, l'unité de traitement 22 commande le ou les aiguilleurs au cours d'une étape 1400 pour mettre en place cet état. De plus, si l'étape 1300 comprend la détermination d'états démarrés ou arrêtés d'équipements pilotables 12', cette étape 1400 comprend en outre le pilotage, par l'unité de traitement, desdits équipements pour leur imposer ces états, c'est-à-dire que l'unité de traitement 22 peut commander le démarrage ou l'arrêt de certains équipements 12'. Avantageusement, ces étapes sont mises en oeuvre à intervalles de temps déterminés. De préférence la fréquence d'acquisition des informations est élevée pour pouvoir optimiser finement la situation de l'utilisateur. Ainsi, l'étape 1200 est avantageusement mise en oeuvre au moins toutes les heures, de préférence au moins toutes les minutes, et plus avantageusement toutes les 2 secondes.
Cependant, certaines informations ne peuvent être collectées qu'à des intervalles de temps plus longs. C'est par exemple le cas des prévisions de consommation ou de production, qui peuvent être fournies pour les 24 prochaines heures, ou des signaux de prix de rachat et de soutirage d'électricité, qui peuvent également être déterminés pour 24 heures. Dans ce cas ces informations sont évidemment collectées à la fréquence nécessaire à leur mise à jour. La fréquence de détermination des états d'aiguillage peut être inférieure à la fréquence d'acquisition des informations. Ces étapes peuvent avoir lieu au moins une fois toutes les 24 h, et de préférence au moins une fois toutes les 12h ou toutes les 6h. C'est notamment le cas lorsque l'on dispose de prévisions sur les informations pour une période donnée. Dans ce cas, l'étape 1300 de détermination des états d'aiguillage peut être réalisée une fois pour une période N, par exemple une période de 24h, et comprendre des instructions de pilotage des aiguilleurs 1400 à une fréquence plus élevée, en fonction des valeurs de consommation, production, prix de rachat et de soutirage, etc. Cependant, comme sur le mode de réalisation de la figure 3a, l'étape 1400 de pilotage des aiguilleurs peut également être lancée, en complément des instructions résultant de l'étape 1300, lorsqu'une variation de certaines informations susceptibles de modifier l'état d'aiguillage et l'état des équipements pilotables 12' est détectée. C'est par exemple le cas d'une variation dans les prévisions de consommation ou de production établies initialement pour 24 heures, ou dans les prévisions de tarifs de soutirage et de rachat d'électricité, ou encore à la détection de l'utilisation d'un équipement. C'est encore le cas lorsqu'un seuil décrit précédemment sur la consommation d'électricité au niveau de l'un des compteurs est dépassé. Dans ce cas la mise en oeuvre de l'étape 1300 de détermination et pilotage des états d'aiguillage est mise en oeuvre dès la détection du nouveau signal. Ceci permet de faire un compromis entre la précision de l'optimisation et le temps de traitement nécessité par l'unité de traitement 22. Un premier mode de réalisation du procédé d'optimisation est représenté en figure 3a ; la représentation ne comprenant pas l'étape 1100 de paramétrage. De plus, bien que les acquisitions des différentes informations soient représentées en des évènements distincts, ces acquisitions peuvent avantageusement avoir lieu simultanément. De plus, dans ce mode de réalisation, l'étape 1300 de détermination d'un état de l'aiguillage permettant de minimiser le coût de consommation pour un utilisateur, est mise en oeuvre par la minimisation mathématique du montant du solde entre production et consommation, tel que défini ci-après : Cost = Cf, t +Iki,tC.Lt - Xt * Psoutiraget- (Pt + Pbt- Xt)* Prachatt) I * Stept j=1 Où les éléments suivants sont des données imposées : - t: segment de temps, qui correspond à une période pour laquelle les informations collectées sont appliquées, donc à la période de mise en oeuvre de l'étape 1400 de pilotage des aiguilleurs, - N : nombre total de segments de temps t, qui correspond à la période de mise en oeuvre de l'étape 1300; - Stept : longueur du segment de temps t - n : nombre d'équipements pilotables - Cf,t: puissance consommée des équipements non pilotables pour le segment de temps t - Psoutiraget: prix de soutirage d'électricité (ENVh) sur le segment de temps t - Pt : puissance produite par la source 11 sur le segment de temps t - Prachatt: prix de rachat de l'électricité (ENVh) sur le segment de temps t Et où les éléments suivants sont des variables d'optimisation : - Kt: état, démarré ou arrêté, de l'équipement j sur le segment t (variable binaire) - Cbt: consommation de l'équipement pilotable j pour le pas t (VV) (variable positive) - Xt : puissance ne provenant pas du réseau, envoyée sur les équipements pendant le segment de temps t (V) (variable positive) - Cost : coût total (coût de consommation - gain de production) (E) - Pbt: puissance envoyée/soutirée de l'unité de stockage 13 pendant le segment de temps t (N) Cette opération de minimisation tient compte de plusieurs contraintes. Tout d'abord, sur l'état de charge de l'unité de stockage : Pbt * Stept Vt E [1, IV], SoCt = SoCt_i x 100 Size Où: - SoCt : état de charge de la batterie à la fin du segment de temps t (%) (variable d'optimisation positive), tel que Vt e [1, IV], 0 < SoCt < 100 - Size : taille de la batterie (Wh) En outre, un équipement j ne doit être allumé qu'une seule fois sur la période N : Vj E [1, n], Istarti,t = 1 t=1 Où startb est le démarrage de l'usage j sur le segment t (variable binaire d'optimisation). L'équipement j doit être allumé sur toute la période de son temps d'allumage non interruptible : Vj E [1,n] = Ti t=1 Où Test le temps d'allumage non interruptible pour l'équipement pilotable j. Et l'équipement j ne doit pas être éteint durant sa période non interruptible : N T1-1 Vj E [1, n]Istarti,t * ki,t+m) = t=1 m=o Pendant la période d'allumage interruptible d'un équipement, celui-ci peut être mis en pause et redémarré par la suite, ce qui n'est pas considéré comme un allumage. Enfin, la somme des consommations des équipements allumés ne doit pas dépasser la puissance souscrite à chaque instant : n Vt E [1,1\], 0 Cf,t kj,tC1,t Pst 1=1 Où Pst est la puissance souscrite du point de livraison sur le segment de temps t (W) Et la consommation de l'équipement j est calculée comme suit : Vt E [1,A1],Vj E [1,n], = kj,t * Céquiplen_ok(j,no-1 Avec Céquipj,i : consommation de l'usage j, sur un pas i.
Cette minimisation est un problème d'optimisation à variables entières et contraint quadratiquement (connu en anglais sous le nom mixed integer quadratically constrained programming ou sous l'acronyme MIQCP).
La résolution de cette minimisation par l'unité de traitement 22 permet d'obtenir des valeurs pour les variables d'optimisation et d'ajuster en conséquence l'état d'aiguillage de l'architecture. De plus, dans le mode de réalisation de l'architecture représenté en figure 1 a, les contraintes additionnelles suivantes doivent être prises en compte : - La puissance en sortie de l'unité de stockage 13 et de la source doit être inférieure à la puissance maximale de l'onduleur 50 : Vt E [1, Al], < Pt + Pbt < Ponduleur,t - Si l'aiguilleur principal 21 oriente vers les équipements, rien ne passe par le compteur d'injection : Vt E [1, N], Xt = aiguilleur( * (Pt + Pbt) Un mode de réalisation simplifié est également prévu et représenté en figure 3b. Ce mode de réalisation est avantageux dans le cas où l'on ne dispose pas de prévisions de consommation et de production, ou encore de tarifs de rachat et de soutirage d'électricité, pour une période future. Dans ce cas, ces informations sont récupérées en temps réel au niveau des différents compteurs 30, 40.
Au cours de l'étape 1200, l'unité de traitement récupère les informations sur la production et la consommation de l'installation, les prix de rachat et de soutirage d'électricité, et les besoins du réseau en termes de d'injection ou de soutirage. Comme indiqué précédemment en référence à la figure 3a, les étapes d'acquisition des différentes informations sont représentées de façon distincte mais peuvent avoir lieu simultanément. En fonction des informations récupérées, l'étape 1300 de détermination des états d'aiguillage et l'étape 1400 de mise en oeuvre des états comprennent la mise en oeuvre de l'algorithme suivant : - Si le réseau indique un besoin en injection d'électricité, la source 11 et l'unité de stockage 13 sont connectées à la voie 4 d'injection au réseau pour maximiser la quantité d'électricité injectée sur le réseau. De plus, si les équipements 12 comprennent des équipements pilotables 12' qui peuvent être arrêtés, ces équipements sont arrêtés pour limiter la consommation électrique. - Si le réseau indique au contraire un besoin de soutirage d'électricité, la source 11 est connectée à l'unité de stockage pour stocker dans celle-ci la production électrique de la source 11. Les éventuels équipements pilotables sont démarrés pour augmenter la consommation électrique. Si le réseau indique une durée pendant laquelle il a besoin de soutirage d'électricité, seuls les équipements pilotables 12' dont une période d'utilisation est compatible avec cette durée sont allumés. En outre, si l'unité de stockage est pleine ou inexistante, la production de la source peut tout de même être renvoyée sur le réseau ou la source 11 peut être déconnectée de l'installation. - Si le réseau n'a pas de besoin particulier de soutirage ou d'injection d'électricité, l'unité de traitement 22 compare les prix de rachat avec les prix de soutirage d'électricité. o Si le prix de rachat (c'est-à-dire d'injection) excède le prix de soutirage, l'électricité produite par la source 11 et stockée par l'unité de stockage est injectée sur le réseau. o Si au contraire le prix de rachat est inférieur au prix de soutirage, l'unité de traitement 22 détermine si la production de l'installation est supérieure à sa consommation. ^ Si c'est le cas, l'unité de traitement récupère les informations sur les besoins d'utilisation des équipements pilotables 12'. Si au moins un équipement pilotable présente une consommation comprise inférieure ou égale à la différence entre la production et la consommation, cet équipement est démarré. ^ Si un tel équipement pilotable n'existe pas ou si la production de l'installation est inférieure à sa consommation, seuls les usages présélectionnés (c'est-à-dire imposés en fonction des paramètres ou des contraintes de l'utilisateur) sont allumés. La production de la source 11 est dirigée vers les équipements 12, et l'éventuel excédent est dirigé vers l'unité de stockage.
On a ainsi proposé un procédé permettant de gérer finement la production et la consommation d'électricité en prenant en compte à la fois les contraintes du réseau et celles de l'utilisateur, et qui permet de minimiser le coût de consommation pour le consommateur.25

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation (1000) d'une production et d'une consommation d'électricité d'une installation (10) raccordée à un réseau (2) comprenant au moins un équipement consommateur d'électricité (12) et une source (11) de production d'électricité autonome, le procédé étant mis en oeuvre dans une architecture (1) comprenant ladite installation, des moyens de raccordement (3, 4) de l'installation (10) au réseau (2), et au moins une unité d'aiguillage (20), comprenant au moins un aiguilleur (21, 21') et une unité de traitement (22), l'unité d'aiguillage (20) étant adaptée pour relier sélectivement la source de production autonome (11) aux équipements consommateurs (12) ou au réseau (2) en fonction d'informations qui lui sont communiquées, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre, de : l'acquisition (1200) d'informations relatives à : o des tarifications de vente et de soutirage d'électricité au réseau, o une production électrique de la source autonome, o une consommation électrique des équipements consommateurs d'électricités, et o des indications relatives au besoin de soutirage ou d'injection d'électricité au réseau, et la détermination (1300), à partir desdites informations, d'un état d'aiguillage permettant l'acheminement de l'électricité produite par la source (11) au réseau (2) ou à l'équipement consommateur (12), pour minimiser le coût de consommation d'électricité de l'installation et maximiser le gain de production (10), et le pilotage (1400) de chaque aiguilleur (21, 21') pour mettre en oeuvre ledit état d'aiguillage.
  2. 2. Procédé d'optimisation (1000) selon la revendication 1, dans lequel les étapes d'acquisition d'informations (1200), de détermination (1300) d'un état d'aiguillage, et de pilotage (1400) de l'aiguilleur, sont mises en oeuvre à intervalles de temps déterminés.
  3. 3. Procédé d'optimisation (1000) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les informations relatives à une consommation électrique des équipements consommateurs comprennent une prévision de consommation des équipements, et le procédé comprend en outre l'acquisition de prévisions de production d'électricité de la source autonome.
  4. 4. Procédé d'optimisation (1000) selon l'une des revendications précédentes, mis en oeuvre dans une architecture dans laquelle l'installation raccordée au réseau comprend en outre une unité de stockage (13), l'unité d'aiguillage (20) étant en outre adaptée pour relier la source de production autonome (11) à l'unité de stockage (13) et pour relier l'unité de stockage (13) au réseau (2) ou aux équipements consommateurs (12), dans lequel les informations acquises comprennent en outre un taux de charge de l'unité.
  5. 5. Procédé d'optimisation (1000) selon l'une des revendications précédentes, mis en oeuvre dans une architecture (1) dans laquelle l'unité de traitement (22) est adaptée pour commander au moins un équipement consommateur d'électricité (12'), le procédé comprenant en outre la détermination (1300) d'états démarrés ou arrêtés d'équipements consommateurs d'électricité pour minimiser le coût de consommation d'électricité de l'installation, et le démarrage ou l'arrêt (1400) d'au moins un équipement consommateur d'électricité (12') pour mettre en oeuvre lesdits états.
  6. 6. Procédé d'optimisation (1000) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape (1100) de paramétrage, comprenant l'acquisition de paramètres fixes comprenant des contraintes d'utilisations d'au moins un équipement consommateur d'électricité (12, 12').
  7. 7. Produit programme d'ordinateur, comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes lorsque celui-ci est mis en oeuvre par des moyens de traitement d'une unité de traitement (22).
  8. 8. Architecture (1) comprenant une installation (10) raccordée à un réseau (2), l'installation comprenant au moins un équipement consommateur d'électricité (12) et une source (11) de production d'électricité autonome, l'architecture comprenant en outre des moyens de raccordement (3, 4) de l'installation au réseau, et au moins une unité d'aiguillage (20), comprenant au moins un aiguilleur (21, 21') et une unité de traitement (22), caractérisée en ce que l'unité de traitement (22) est adaptée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.
  9. 9. Architecture (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l'installation (10) comprend en outre une unité de stockage d'électricité (13) ; l'unité d'aiguillage (22) étant adaptée pour relier la source de production autonome (11) à l'unité de stockage (13) et pour relier l'unité de stockage (13) au réseau (2) ou aux équipements consommateurs (12), et pour interdire le chargement de la batterie par prélèvement sur le réseau.
  10. 10. Architecture (1) selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens de raccordement de l'installation au réseau comprennent deux voies (3, 4) distinctes de raccordement, les deux voies étant respectivement une voie de soutirage d'électricité (3) et une voie d'injection (4) d'électricité.
  11. 11. Architecture (1) selon l'une des revendications 9 ou 10, dans laquelle l'unité d'aiguillage (20) comprend un aiguilleur principal (21), adapté pour sélectivement délivrer de l'électricité provenant de l'unité de stockage (13) ou de la source de production autonome (11) au réseau (2) ou aux équipements (12), et un aiguilleur auxiliaire (21'), adapté pour relier sélectivement la source de production autonome (11) à l'unité de stockage (13) ou à l'aiguilleur principal (21), ou la batterie (13) à l'aiguilleur principal (21).
  12. 12. Architecture (1) selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant un aiguilleur combiné, adapté pour relier sélectivement la source de production autonome (11) à l'unité de stockage (13), au réseau (2) ou aux équipements consommateurs (12), ou l'unité de stockage (13) au réseau (2).
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