Brevet FR3058240A1 — publié le 20180504

PROCEDE D'OPTI MI SATI ON DE LA CONSOMMATI ON ELECTRI QUE D'UNE I NSTALLATI ON L'invention se rapporte à un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation. A force d'être utilisées dans les véhicules électriques, les batteries haute-tension finissent par s'user et à fournir moins d'énergie. La réutilisation des batteries haute-tension de véhicules électriques dans un environnement stationnaire est une solution envisageable pour une seconde vie desdites batteries. En effet, cette solution semble un compromis idéal pour les batteries n'ayant plus assez d'énergie pour une utilisation embarquée telle que les véhicules électriques, car elles fourniraient une autonomie insuffisante, mais assez pour être utilisées comme un générateur tampon capable à la fois d'emmagasiner de l'énergie à moindre coût, et de la restituer aux moments les plus opportuns selon les besoins du site ou du bâtiment. L'utilisation d'un système de stockage stationnaire permet de réduire la puissance consommée par une installation sur le réseau électrique. En effet, ledit stockage permet d'emmagasiner de l'énergie lorsqu'elle ne coûte pas cher 20 ou lorsqu'elle est abondante, comme lorsqu'elle est issue d'une source d'énergie renouvelable, et de la restituer lorsque le site en a le plus besoin. Le défi qui se pose alors est celui de programmer les instants ainsi que les puissances de charge et de décharge du système de stockage pour pouvoir réduire la puissance maximale autorisée par le contrat d'abonnement du 25 bâtiment, et ainsi réduire le coût fixe que représente cet abonnement. Cela doit se faire en prenant en considération les contraintes du système de stockage comme par exemple, l'énergie maximale disponible pour la charge et pour la décharge, la puissance maximale de charge et de décharge etc. On doit pouvoir également utiliser le système de stockage de façon à 30 réagir rapidement lorsqu'on a affaire à des situations où la puissance fournie par le réseau dépasse la puissance maximale autorisée par le contrat d'abonnement, et à partir de laquelle le site paye des pénalités à l'exploitant du réseau. La réponse du système de stockage doit être assez dynamique afin 3058240 2 de contrebalancer ces cas où il y a surconsommation du site. De manière analogue, la réponse du système de stockage doit être assez dynamique afin de contrebalancer les cas où il y a une surproduction d'énergie renouvelable ou une chute brusque de la production de la source d'énergie renouvelable, 5 comme par exemple lors d'une forte rafale de vent dans le cas d'une source d'énergie éolienne ou au passage d'un nuage dans le cas d'une source d'énergie photovoltaïque. La demande US 2015/0153394 Al décrit une solution de type « peak- shaving » pour un système de stockage stationnaire. Dans ce document, une 10 valeur cible de pic de puissance est prédéfinie, ainsi qu'une valeur tampon de puissance, de sorte qu'un pic de puissance compris entre la valeur cible et la somme de la valeur cible et de la valeur tampon puisse être écrêté par décharge de la batterie. Un premier inconvénient du procédé d'optimisation de la consommation énergétique décrit dans ce document est que si un pic de 15 puissance réel vient à dépasser la somme de la valeur cible et de la valeur tampon, il n'est pas écrêté. La valeur cible est alors simplement réajustée à la hausse, de sorte que les pics réels suivants soient plus susceptibles d'être écrêtés. Un deuxième inconvénient est que l'on risque de sous-utiliser la batterie si les pics suivants sont moins intenses, et donc de consommer plus que nécessaire sur le réseau. En résumé, cette solution manque de dynamisme par rapport aux variations de la puissance consommée. La présente invention, au contraire, propose une solution plus adaptative et plus dynamique par rapport aux variations des pics de puissance. L'invention a pour objet un procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation reliée à un réseau de fourniture d'électricité, ladite installation étant également reliée à un système de stockage d'énergie apte à compléter au moins partiellement la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de décharge ou à stocker de la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de charge. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention est qu'il comprend les étapes suivantes, 3058240 3 - une étape de prédiction de pics de puissance consommée, incluant les instants où ils surviennent et leurs durées, - une étape d'estimation de l'énergie nécessaire pour satisfaire auxdits pics de puissance, 5 - une étape de décharge lorsqu'un pic de puissance survient, la puissance de décharge étant égale à une fonction de répulsion multipliée par une puissance de décharge maximum prédéterminée, la fonction de répulsion étant fonction de l'écart entre la puissance effectivement consommée et une puissance 10 maximale prédéterminée. Avantageusement, la fonction de répulsion est fonction de la pente de la variation de la puissance consommée en fonction du temps. De façon préférentielle, la fonction de répulsion s'active en fonction de la distance entre la mesure de la puissance du site et la puissance critique à 15 ne pas dépasser, deux calibrations dO et dl étant introduites pour définir la distance à partir de laquelle on active la charge ou décharge du système de stockage. En d'autres termes dès qu'on est à une distance inférieure à dO+d1, on commence à décharger les batteries du système de stockage pour éviter de consommer sur le réseau. La calibration dO représente la zone critique et la 20 calibration dl représente la zone qui permet d'anticiper cette zone critique. De façon préférentielle, l'étape de prédiction inclut de reporter les pics de puissance mesurés le jour précédent si le jour courant est un jour de semaine, et de reporter les pics de puissance mesurés sept jours auparavant si le jour courant est un jour de weekend. 25 Préférentiellement, l'étape de report des pics de puissance mesurés le jour précédent, comprend les étapes suivantes : - une étape d'approximation du profil S de puissance consommée du site par son développement en série de fourrier d'ordre n, n étant choisi de façon à prendre en compte les principales 30 harmoniques du signal puissance du site, 3058240 4 - une étape d'application au profil S d'un algorithme de détection d'extrema, - une étape de détermination de la largeur des extrema détectés au moyen d'un développement de Taylor. 5 De façon avantageuse, l'algorithme de détection d'extrema implémente la méthode de Newton ou la méthode de la sécante. Avantageusement, une fois que l'énergie nécessaire pour satisfaire aux pics de puissance a été estimée, un procédé selon l'invention comprend une étape d'estimation de l'énergie restante dans le système de stockage, de 10 manière à déterminer si ladite énergie restante est suffisante pour satisfaire aux pics de puissances. De façon préférentielle, l'étape d'estimation de l'énergie nécessaire pour satisfaire aux pics de puissance inclut de résoudre au moyen d'un algorithme de Karuch-Khan-Tucker le problème d'optimisation sous 15 contraintes suivant : N min -1 = (Pb + Pk)21's k-1 Pk SOCk - SOCk-1 EBat,max SOC min SOCk SOC max Pzk ch On considère dans ce cas de figure que la météo varie faiblement d'un jour à 3058240 12 l'autre. Nous traitons dans l'exemple qui suit, le cas d'un bâtiment industriel qui est utilisé en semaine calendaire. Toute autre spécificité d'une installation, peut être prise en compte par cette stratégie. La stratégie consiste à détecter les maximums et les minimums de la 5 puissance du site sur la journée j-1, et de prévoir une durée autour de ces instants là pour les traduire en contraintes sur le SOC (de l'anglais State of Charge) du système de stockage, pour la planification de l'algorithme de gestion de l'énergie du jour j. Pour détecter les extrema du jour j-1, nous commençons par une 10 étape d'approximation du profil de puissance par son développement en série de fourrier d'ordre n, n étant choisi de façon à prendre en compte les principales harmoniques du signal puissance du site (ordre 7 par exemple). Ce profil de puissance est donné par l'expression : tSf(t)=1a .cO s(2* i * 2 7 * bi sin (2 * i * 2 7 *t) 1=1 Cette étape a deux intérêts : 15 - action de filtrage - possibilité de sauvegarde de données sur du long terme Nous appliquons, suite à l'approximation en série de fourrier de la puissance du site (Sf), un algorithme de détection d'extrema basé par exemple 20 sur la méthode de newton ou sur la méthode de la sécante. Pour déterminer la largeur de l'extrema, c'est-à-dire la période sur laquelle nous devons prévoir suffisamment d'énergie disponible dans le système de stockage pour assurer le l'écrêtage de pics de puissance, nous faisons un développement de Taylor de Sf. 25 T f(x)=Sf(xi)+(x-xi)S' f(xi) +(x-xi)2S" f(xi) La détermination de la largeur du pic At est donnée par la résolution de l'équation suivante : xi+At/2 30 aEmax = T f (x)dx Ixi-At/2 3058240 13 oùa est un paramètre de calibration qui détermine la quantité d'énergie qui est consacrée à la stratégie de l'écrêtage de pics. La figure 9 illustre un exemple de la variation de la puissance électrique de l'installation en fonction du temps montrant des extrema de 5 consommation, ainsi qu'un exemple de la détermination de la largeur d'un extrema de consommation. La figure 10 résume les différentes étapes de calcul précédentes. La courbe 14 matérialise la puissance électrique brute consommée par l'installation. La courbe 15 représente l'approximation précédente de la série 10 de fourrier, avec des minima 16 et des maxima 17. La courbe 18 illustre l'approximation précédente de Taylor et les traits horizontaux matérialisent chacun la durée estimée de l'extrema. On peut alors formuler le problème d'autoconsommation de l'installation 3 15 comme étant un problème d'optimisation sous contrainte qui peut être écrit comme suit : 20 25 30 pdch 1 c max SOCmax'peak si k appartient à un intervalle où on a localisé un pic (max) de puissance 30 Par exemple : socmax,défaut = 80% et 3058240 18 SOCmax'Peak = 90% Le cas du pic (min) est traité d'une façon identique : Le vecteur SOC" est planifié comme suit : SOCmax(k) >socrnin,défaut si k n'appartient pas à un intervalle où on a localisé 5 un pic (min) de puissance SOCmax(k) =SOC désiré. Comme nous ne connaissons pas comment l'agrégateur va utiliser le 5 système pendant la phase de réservation, nous allons prendre l'hypothèse que l'agrégateur va vider les batteries en fin de réservation (intant f*Ts) s'il s'agit d'une réservation en décharge, et que les batteries seront entièrement chargées s'il s'agit d'une réservation en charge. Le critère d'optimisation sous contrainte devient : 10 N min J =1(Pb + Pk)2T elec 2crenouvelable P k=1 Pk SOCk - SOCk EBat'max sign(Preservation)* SOCk REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation de la consommation électrique d'une installation (3) reliée à un réseau (4) de fourniture d'électricité, ladite installation (3) étant également reliée à un système de stockage (1) d'énergie apte à compléter au moins partiellement la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de décharge ou à stocker de la puissance électrique fournie par le réseau dans une phase de charge, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, - une étape de prédiction de pics de puissance consommée, incluant les instants où ils surviennent et leurs durées, - une étape d'estimation de l'énergie nécessaire pour satisfaire auxdits pics de puissance, - une étape de décharge lorsqu'un pic de puissance survient, la puissance de décharge étant égale à une fonction de répulsion multipliée par une puissance de décharge maximum prédéterminée, la fonction de répulsion étant fonction de l'écart entre la puissance effectivement consommée et une puissance maximale prédéterminée. 2. Procédé d'optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de répulsion est fonction de la pente de la variation de la puissance consommée en fonction du temps. 3. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fonction de répulsion s'active en fonction de la distance entre la mesure de la puissance du site et la puissance critique à ne pas dépasser, et en ce que deux calibrations dO et dl sont introduites pour définir la distance à partir de laquelle on active la charge ou décharge du système de stockage. 4. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'étape de prédiction inclut de reporter les pics de puissance mesurés le jour précédent si le jour courant est un jour de 3058240 21 semaine, et de reporter les pics de puissance mesurés sept jours auparavant si le jour courant est un jour de weekend. 5. Procédé d'optimisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de report des pics de puissance mesurés le jour précédent, 5 comprend les étapes suivantes : - une étape d'approximation du profil S de puissance consommée du site par son développement en série de fourrier d'ordre n, n étant choisi de façon à prendre en compte les principales harmoniques du signal puissance du site, 10 - une étape d'application au profil S d'un algorithme de détection d'extrema, - une étape de détermination de la largeur des extrema détectés au moyen d'un développement de Taylor. 6. Procédé d'optimisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que 15 l'algorithme de détection d'extrema implémente la méthode de Newton ou la méthode de la sécante. 7. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une fois que l'énergie nécessaire pour satisfaire aux pics de puissance a été estimée, il comprend une étape d'estimation de 20 l'énergie restante dans le système de stockage, de manière à déterminer si ladite énergie restante est suffisante pour satisfaire aux pics de puissances. 8. Procédé d'optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'estimation de l'énergie nécessaire pour satisfaire aux pics de 25 puissance inclut de résoudre au moyen d'un algorithme de Karuch- Khan-Tucker le problème d'optimisation sous contraintes suivant : 3058240 22 N min = 1(Pb + Pk)21's k-1 Pk SOCk - SOCk-1 EBat,max SOC min SOCk SOC max PZk c n 9. Procédé d'optimisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce le système de stockage (1) est également apte à stocker de l'énergie issue d'une source d'énergie renouvelable (5).