Brevet FR3044139A1 — publié le 20170526

Procédé de détermination de la demande résiduelle adressée à un parc de production d'électricité La présente invention concerne la détermination de la demande résiduelle d'un parc de production d'électricité. De manière connue, les parcs de production d'électricité sont commandés à la production de sorte que l'électricité produite et rendue disponible par le parc corresponde idéalement à chaque instant exactement à la quantité d'électricité soutirée au parc par les différents consommateurs qui y sont reliés. Le développement des formes de production d'électricité photovoltaïques et éoliennes affecte de manière profonde les modalités de maintien en équilibre d'un parc de production électrique qui comprend de tels moyens de production. En effet, les productions éoliennes et photovoltaïques sont par construction peu pilotables puisqu'elles dépendent fortement de phénomènes extérieurs incontrôlables tels que le vent et l'ensoleillement. En satisfaisant une partie de la demande énergétique adressée aux parcs, elles affectent néanmoins en profondeur le niveau, la structure et la variabilité de la demande qui est adressée aux moyens de production historiques de type centrales thermiques (nucléaires, à charbon, à gaz, ...), centrales hydrauliques, etc et qui coexistent avec les productions photovoltaïques et éoliennes au sein des mêmes parcs. Elles introduisent également une plus grande incertitude dans le suivi de la charge du parc du fait de la faible prévisibilité des aléas météorologiques associés, cette incertitude s'ajoutant elle-même à la sensibilité de la consommation électrique vis-à-vis des conditions météorologiques. Dans ce contexte, la demande résiduelle en électricité adressée à un parc de production, qui peut être définie comme la demande en électricité adressée à ce parc à un instant donné moins ce qui est rendu disponible par le photovoltaïque et par l'éolien, est rendue plus délicate à évaluer, ce qui demeure toutefois un aspect crucial de la gestion des parcs compte tenu de ce principe sous-jacent d'équilibre entre la demande en électricité adressée au parc et la production d'électricité de ce parc. On conçoit donc qu'il est nécessaire de disposer d'un outil de détermination de cette demande résiduelle qui soit fiable et favorise la maîtrise de la part pilotable de la production d'électricité au sein d'un parc de production d'électricité. 3044139 2 Aussi, l'invention porte sur un procédé de détermination d'une demande résiduelle en électricité d'un parc de production d'électricité desservant des points de consommation, ladite demande résiduelle étant vue d'un instant t pour au moins un instant T appartenant à un horizon donné par rapport à l'instant t, la demande résiduelle étant définie par la 5 relation DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative d'une consommation électrique associée aux points de consommation et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative d'une production photovoltaïque au sein dudit parc de production d'électricité et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T et 10 eol(t,T) est une composante éolienne représentative d'une production éolienne au sein dudit parc de production d'électricité et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T, chaque composante étant modélisée via la relation P(t,T) = PPrev(t,T) + e(t,T), où P(t,T) est représentatif de la composante considérée, PPrev(t,T) est un terme de prévision de la composante et e(t,T) est un terme d'erreur de prévision de la composante considérée, le 15 procédé étant mis en oeuvre par des moyens informatiques et comprenant : une étape de détermination au cours de laquelle, pour un ou plusieurs instants t et pour les instants T, on détermine chaque terme de chaque composante à partir d'un processus autorégressif comprenant un processus de prévision représentatif du terme de prévision et un processus d'erreur représentatif du 20 terme d'erreur, dans lequel : o le processus du terme de prévision vu d'un instant t pour un instant T s'exprime en fonction du processus du terme de prévision vu d'un instant t-1 pour l'instant T, d'un paramètre de prévision fonction de T-t et d'un résidu de prévision, et 25 o le processus du terme d'erreur vu d'un instant t pour un instant T s'exprime en fonction du processus du terme d'erreur vu de l'instant t pour un instant T-1, d'un paramètre d'erreur fonction de T-t et d'un résidu d'erreur, une étape de calage préalable au cours de laquelle, à partir de données de 30 réalisation des composantes relevées pour une première période d'une part et d'autre part, de données de prévision et de données de réalisation des composantes pour une deuxième période d'autre part, on détermine au moins 3044139 3 les paramètres de prévision et d'erreur des processus autorégressifs et, pour les processus de prévision et d'erreur, une transformation fournissant le terme de prévision à partir du processus de prévision et une transformation fournissant le terme d'erreur à partir du processus d'erreur. 5 Selon un aspect de l'invention, le processus autorégressif est défini par : - uprev(t,T) =J1- - t) uprev(t-1, T) +Rprev(T-t)cprev(t,T), et - ue(t,T) = - N'(T - t) ue(t, T-1) + 13'-r(T-Ocerr(t,T), OÙ /3prev et Pen sont les paramètres de prévision, respectivement d'erreur, Cprev et Cerr sont les résidus de prévision, respectivement d'erreur, uprev et ue sont les processus de prévision, P 10 respectivement d'erreur représentatifs du terme de prévision respectivement du terme d'erreur e de la composante correspondante. Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape de calage, pour les différentes composantes de la demande résiduelle : - on détermine une moyenne climatique vers laquelle tend la moyenne du terme de 15 prévision correspondant et une incertitude climatique vers laquelle tend l'écart type du terme d'erreur correspondant à partir des données de réalisation sur la première période, - on détermine une fonction représentative de la variation de l'écart-type d'un processus intermédiaire de prévision centré déterminé à partir du terme de 20 prévision, de la moyenne climatique et de l'incertitude climatique, ladite fonction dépendant de T-t et étant déterminée à partir des données de réalisation, et - on détermine les paramètres de prévision des processus autorégressifs à partir des données de prévision, de la moyenne climatique, de l'incertitude climatique et de ladite fonction. 25 Selon un aspect de l'invention, la transformation d'un processus de prévision en un terme de prévision s'écrit sous la forme : Pprev(t,T)- Pciim(T)+ d(T-t) aciim(T)uprev(t,T), 3044139 4 où Pchm(T) est la moyenne climatique, d est ladite fonction et achm(T) est l'incertitude climatique. Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape de calage, pour les différentes composantes de la demande résiduelle : 5 - on détermine des données d'erreur à partir des données de réalisation et des données de prévision pour la deuxième période, - on détermine une fonction représentative de la variation de l'écart-type d'un processus intermédiaire d'erreur centré déterminé à partir du terme d'erreur et de l'incertitude climatique, ladite fonction dépendant de T-t et étant déterminée 10 à partir des données d'erreur et de l'incertitude climatique, et - on détermine les paramètres d'erreur des processus autorégressifs à partir des données d'erreur, de l'incertitude climatique et de ladite fonction représentative de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur centré. Selon un aspect de l'invention, la transformation d'un processus d'erreur en terme d'erreur 15 s'écrit sous la forme : e(t,T)= achm(T) c(T-t) ue(t,T), où achm(T) est l'incertitude climatique et c est ladite fonction représentative de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur (ve) centré. Selon un aspect de l'invention, pour au moins une composante, ladite fonction 20 représentative de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur centré dépend de T-t et du processus de prévision. Selon un aspect de l'invention, les résidus de prévision sont corrélés entre eux, et, lors de l'étape de calage, pour chaque composante, on détermine une matrice d' autocorrélation des résidus de prévision entre les instants T. 25 Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape de détermination, pour chaque composante, on génère un ou plusieurs résidus de prévision corrélés à différents instants t à partir de la matrice d'autocorrélation correspondante, et on détermine le processus de prévision correspondant à partir desdits résidus de prévision et du paramètre de prévision correspondant. 3044139 5 Selon un aspect de l'invention, les résidus d'erreur d'une composante sont indépendants les uns des autres, et, au cours de l'étape de détermination, on génère des résidus d'erreur et on détermine le processus d'erreur et le processus de prévision de chaque composante à partir des résidus d'erreur générés et du paramètre d'erreur correspondant. 5 Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape de calage, on transforme initialement les données de réalisation pour la première période et associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque, et les données de prévision et de réalisation pour la deuxième période associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque par une transformation logistique. 10 Selon un aspect de l'invention, lors de l'étape de détermination, on détermine les composantes photovoltaïque et éolienne par application d'une transformation logistique inverse déterminée à partir de ladite transformation logistique à la somme du terme d'erreur et du terme de prévision correspondants. Selon un aspect de l'invention, le procédé comprend en outre une étape au cours de 15 laquelle, à partir de la demande résiduelle déterminée lors de l'étape de détermination, on construit une planification du fonctionnement d'au moins une installation de production d'électricité dudit parc, et on pilote ladite installation en fonction de ladite planification. Selon un aspect de l'invention, ladite planification comprend au moins une décision d'arrêt ou de démarrage de l'installation de production d'électricité, ou une consigne de 20 production par ladite installation d'un niveau de puissance donné pendant une durée donnée. L'invention concerne également un programme informatique contenant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus lors de son exécution par un processeur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, 25 donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux Figures annexées, sur lesquelles : - La Figure 1 est une illustration schématique d'un parc de production d'électricité considéré dans le cadre de l'invention ; 3044139 6 - La Figure 2 est une illustration schématique d'une courbe illustrant la consommation d'électricité, la production photovoltaïque, la production éolienne et la demande résiduelle associées au parc de la Figure 1, - La Figure 3 est une illustration schématique de termes des composantes de la 5 demande résiduelle ; - La Figure 4 illustre un procédé selon l'invention ; - La Figure 5 illustre le déroulement d'une étape de calage du procédé de la Figure 4; - La Figure 6 illustre un paramètre Kpv(T) déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; 10 - La Figure 7 illustre le comportement d'un paramètre de prévision déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 8 illustre le comportement d'un facteur de charge déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 9 illustre une matrice de corrélation déterminée lors du procédé de la 15 Figure 4 ; - La Figure 10 illustre les variations de l'écart-type d'un processus intermédiaire de prévision en fonction du processus de prévision correspondant ; - La Figure 11 illustre le déroulement d'une étape de détermination du procédé de la Figure 4 ; 20 - La Figure 12 illustre un exemple de prévision de la demande résiduelle obtenue ; - La Figure 13 illustre des profils journaliers employés pour la détermination de la composante photovoltaïque; et - La Figure 14 illustre des moyens informatiques pour la mise en oeuvre du procédé de la Figure 4. 25 La Figure 1 illustre un parc P de production d'électricité s'étendant sur une zone 2. La zone 2 est par exemple une zone de grande taille, telle que par exemple une zone couvrant un pays entier. Le parc P est configuré pour produire de l'électricité et pour acheminer cette électricité à des points de consommation Ç repérés par des triangles sur la Figure 1. 30 Le parc P comprend des installations de production d'électricité de plusieurs types. Plus spécifiquement, le parc P comprend : 3044139 7 - des installations de production photovoltaïques notées Pp, - des installations de production éoliennes notées Pe, et - des installations de production dites « classiques », notées Pc. Les installations de production photovoltaïques Pp comprennent des dispositifs de 5 production photovoltaïques configurés pour produire de l'électricité par effet photoélectrique. Les installations de productions éoliennes Pe comprennent des éoliennes configurées pour produire de l'électricité sous l'effet du vent. Les installations de productions classiques Pc correspondent à des moyens de production 10 d'électricité ne reposant pas sur le photovoltaïque ou sur l'éolien. Les installations de productions classiques Pc sont pilotables. Elles comprennent les installations nucléaires, les centrales à charbon et à gaz, les centrales hydrauliques, etc. En outre, le parc P comprend un réseau R raccordant les différentes installations de productions aux points de consommation C. 15 Dans le cadre de l'invention, en référence à la Figure 2, la demande résiduelle en électricité adressée au parc P par les points de consommation Ç (la demande nette en Figure 2) est définie comme la différence entre la consommation d'électricité générée par les points de consommation Ç et la somme des productions d'électricité des installations photovoltaïques Pp et des installations éoliennes Pe. 20 En outre, la demande résiduelle est vue d'un instant t pour un ensemble d'instants T appartenant à un horizon H donné par rapport à l'instant t. En d'autres termes, on a la relation ; DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative de la 25 consommation électrique des points de consommation Ç à l'instant T telle que vue depuis l'instant t, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative de la production photovoltaïque par les installations photovoltaïques Pp vue à l'instant t pour l'instant T et eol(t,T) est une composante éolienne représentative de la production d'électricité des 3044139 8 installations éoliennes Pe au sein dudit parc de production d'électricité et vue à l'instant t pour l'instant T. L'horizon H est par exemple décompté en jours à partir de l'instant t. Par exemple, dans le cadre de l'invention, l'horizon H est de quelques jours, par exemple 3 jours. 5 Alternativement, l'horizon H est plus long et correspond par exemple à 10 jours. Comme décrit plus en détail ci-après, l'un des objets de l'invention consiste à déterminer, en se fixant à un instant t, et pour au moins un instant T ultérieur à t, la demande résiduelle à partir d'une prévision de cette demande résiduelle et d'une erreur affectant cette prévision, et ce en procédant à partir de la décomposition de la demande résiduelle en ses 10 composantes Conso, PV et eol. Avantageusement, à t donné, on détermine ces grandeurs en balayant l'horizon H par incrémentation (ou décrémentation) de T. En outre, on fait varier t lui-même de façon à obtenir des informations sur la dynamique de la demande résiduelle. Par la suite, à DR(t,T) donné, les objets DR(t+k, T) où k est un entier naturel avec t+k REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une demande résiduelle (DR(t,T)) en électricité d'un parc (P) de production d'électricité desservant des points de consommation (Ç), ladite demande résiduelle étant vue d'un instant t pour au moins un instant T appartenant à un horizon donné par rapport à l'instant t, la demande résiduelle étant définie par la relation DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative d'une consommation électrique associée aux points de consommation (Ç) et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative d'une production photovoltaïque au sein dudit parc de production d'électricité et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T et eol(t,T) est une composante éolienne représentative d'une production éolienne au sein dudit parc (P) de production d'électricité et vue à l'instant t pour ledit au moins un instant T, chaque composante étant modélisée via la relation P(t,T)= - (t, e(t,T), où P(t,T) est représentatif de Pprev la composante considérée, P Tl est un terme de prévision de la composante et - - e(t,T) est un terme d'erreur de prévision de la composante, le procédé étant mis en oeuvre par des moyens informatiques et comprenant : une étape de détermination (S2) au cours de laquelle, pour un ou plusieurs instants t et pour les instants T, on détermine chaque terme de chaque composante à partir d'un processus autorégressif comprenant un processus de prévision représentatif du terme de prévision et un processus d'erreur représentatif du terme d'erreur, dans lequel : o le processus (uprev(t,T)) du terme de prévision vu d'un instant t pour un instant T s'exprime en fonction du processus (uprev-- 1, T)) du terme de prévision vu d'un instant t-1 pour l'instant T, d'un paramètre de prévision (13prev) fonction de T-t et d'un résidu de prévision (Eprev), et o le processus (ue(t,T)) du terme d'erreur vu d'un instant t pour un instant T s'exprime en fonction du processus (ue(t, T-1)) du terme d'erreur vu de l'instant t pour un instant T-1, d'un paramètre d'erreur (Pen) fonction de T-t et d'un résidu d'erreur (sen), une étape de calage (S1) préalable au cours de laquelle, à partir de données de réalisation (DR1) des composantes relevées pour une première période (A1) d'une part et d'autre part, de données de prévision (DP2) et de données de réalisation (DR2) des composantes pour une deuxième période (A2) d'autre part, on détermine au moins les paramètres de prévision (fiprev (T-t)) et d'erreur ((3err(T-t)) des processus autorégressifs et, pour les processus de prévision et d'erreur, une transformation 3044139 fournissant le terme de prévision (Pprev,- lt,T)) à partir du processus de prévision (up'v(t,T)) et une transformation fournissant le terme d'erreur (e(t,T)) à partir du processus d'erreur (ue(t,T)), le procédé comprenant en outre une étape au cours de laquelle, à partir de la demande 5 résiduelle déterminée lors de l'étape de détermination, on construit une planification du fonctionnement d'au moins une installation de production d'électricité dudit parc (12), et on pilote ladite installation en fonction de ladite planification. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le processus autorégressif est défini par : 10 - Uprev(t,T) = .\11 - /3?,', (T - t) up,(t-1, T) +pprev(T-08pre,(t,T), et - ue(t,T) = - (T - t) ue(t, Ti)- + 13'(T-t)gen(t,T), où fi'pre, et ieer, sont les paramètres de prévision, respectivement d'erreur, Eprev et Eerr sont les résidus de prévision, respectivement d'erreur, uprev et ue sont les processus de prévision, respectivement d'erreur représentatifs du terme de prévision P 15 respectivement du terme d'erreur e de la composante correspondante. - prev, 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, lors de l'étape de calage (S1), pour les différentes composantes de la demande résiduelle : - on détermine une moyenne climatique (Pchrn(T)) vers laquelle tend la moyenne du terme 20 de prévision (Pprev(t,T)) correspondant et une incertitude climatique (aelipi(T)) vers laquelle tend l'écart-type du terme d'erreur (e(t,T)) correspondant à partir des données de réalisation (DR1) sur la première période, - on détermine une fonction (dconso,deoi, dpv) représentative de la variation de l'écart-type d'un processus intermédiaire de prévision (vpr') centré déterminé à partir du terme de 25 prévision ( ,Pprev(t,T)), de la moyenne climatique (Peine» et de l'incertitude climatique (Gelim(T)), ladite fonction dépendant de T-t et étant déterminée à partir des données de réalisation, et - on détermine les paramètres de prévision des processus autorégressifs à partir des données de prévision, de la moyenne climatique Pciim(T), de l'incertitude climatique 30 (Jetim(T) et de ladite fonction (dconso,deoi, dPv). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la transformation d'un processus de prévision en un terme de prévision s'écrit sous la forme : Pprev(t,T)= Pciim(T)+ d(T-t) adini(T)u prev,-(t , - 3044139 où Pciim(T) est la moyenne climatique, d est ladite fonction et achm(T) est l'incertitude climatique. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, lors de l'étape de calage, pour les 5 différentes composantes de la demande résiduelle : on détermine des données d'erreur à partir des données de réalisation (DR2) et des données de prévision (DP2) pour la deuxième période, on détermine une fonction (ccouso, cool, cpv) représentative de la variation de l'écart-type d'un processus intermédiaire d'erreur (ve) centré déterminé à partir du terme 10 d'erreur (e(t,T)) et de l'incertitude climatique, ladite fonction dépendant de T-t (ceense, Ceol, CPV) et étant déterminée à partir des données d'erreur et de l'incertitude climatique, et on détermine les paramètres d'erreur (pen(T-t)) des processus autorégressifs à partir des données d'erreur, de l'incertitude climatique et de ladite fonction représentative 15 de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur (ve) centré. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la transformation d'un processus d'erreur en terme d'erreur s'écrit sous la forme : e(t,T)= cciim(T) c(T-t) ue(t,T), 20 où Gehm(T) est l'incertitude climatique et c est ladite fonction représentative de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur (ve) centré. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, dans lequel, pour au moins une composante, ladite fonction représentative de la variation de l'écart-type du processus intermédiaire d'erreur (veeoi ou vopv) centré dépend de T-t et du processus de prévision (upreveol(t,T) UprevPV(t,T))- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les résidus de ,t prévision (sprev ( ,T)) sont corrélés entre eux, et dans lequel, lors de l'étape de calage (S1), pour chaque composante, on détermine une matrice d'autocorrélation (Reense(T,T), Reoi(T,T), Rpv(T,T)) des résidus de prévisiôn (Eprev(t,T)) entre les instants T. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, lors de l'étape de détermination (S2), pour chaque composante, on génère un ou plusieurs résidus de prévisions (Ep,(t,T)) corrélés à différents instants t à partir de la matrice d' autocorrélation correspondante, et on 25 30 3044139 détermine le processus de prévision (upr'(t,T)) correspondant à partir desdits résidus de prévision et du paramètre de prévision (B prev(T-t)) correspondant. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les résidus 5 d'erreur (s,(t,T)) d'une composante sont indépendants les uns des autres, et dans lequel, au cours de l'étape de détermination (S2), on génère des résidus d'erreur et on détermine ,- le processus d'erreur (ue(t,T)) et le processus de prévision (uprev lt,T)) de chaque composante à partir des résidus d'erreur générés et du paramètre d'erreur (Bpre,(T-t),Berr(T0) correspondant. 10 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lors de l'étape de calage (S1), on transforme initialement les données de réalisation pour la première période et associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque, et les données de prévision et de réalisation pour la deuxième période 15 associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque par une transformation logistique. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel, lors de l'étape de détermination (S2), on détermine les composantes photovoltaïque et éolienne par application d'une 20 transformation logistique inverse déterminée à partir de ladite transformation logistique à la somme du terme d'erreur et du terme de prévision ( ,Pprev(t,T) + e(t,T)) correspondants. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite planification comprend au moins une décision d'arrêt ou de démarrage de l'installation de 25 production d'électricité, ou une consigne de production par ladite installation d'un niveau de puissance donné pendant une durée donnée. 14. Programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque ce programme (PRG) est exécuté par 30 un processeur (CPU).