Brevet FR3055479A1 — publié le 20180302

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des systèmes comprenant des moyens de production et des moyens de consommation d'énergie électrique. Plus précisément, la présente invention a pour objet général un système et un procédé de gestion des contraintes de flexibilité d'un tel système de production et de consommation d'électricité. ETAT DE LA TECHNIQUE Par principe, dans un système de production-consommation d'électricité, la consommation et la production doivent toujours être égales. La flexibilité de la production, c'est-à-dire la capacité à augmenter ou diminuer la production rapidement, est toutefois limitée. Dans un contexte d'augmentation des productions d'électricité fatales d'origine éolienne et solaire, la flexibilité des moyens de production commandables que sont les centrales thermiques classiques et les centrales hydrauliques peuvent être insuffisantes pour suivre les variations de la consommation d'électricité nette de ces productions fatales. Actuellement, les procédés pour résoudre ce déficit de flexibilité des moyens de production commandables consistent ou bien en l'ajout de capacités de stockage de court terme par l'ajout de batteries ou bien en la mise en oeuvre de procédés de pilotage de la consommation électrique. Ces systèmes de pilotage de la consommation permettent de réduire la consommation d'électricité par l'usage de signaux tarifaires ou l'adjonction d'un système de commande des appareils électriques du consommateur. Les systèmes de pilotage de la consommation électrique agissent sur le niveau de la consommation. En synthèse, les moyens connus à ce jour pour gérer la production et la consommation d'énergie électrique ne donnent pas toujours totalement satisfaction. BASE DE L'INVENTION 3055479 2 La présente invention a pour objectif de perfectionner l'état de la technique. La présente invention a en particulier pour objectif de proposer des moyens qui permettent de réguler les contraintes de flexibilité d'un 5 système producteur-consommateur d'électricité par un mécanisme de pilotage de la consommation d'électricité permettant de contrôler non pas le niveau de la consommation mais la variation dans le temps de la consommation. Les buts précités sont atteints dans le cadre de l'invention grâce 10 à un système comprenant : - des moyens de mesure de la variabilité de la consommation d'un consommateur, - des moyens de mesure du besoin de flexibilité requis par un producteur pour suivre la variation de la consommation du 15 consommateur, - des moyens de calcul d'un signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du producteur, et - des moyens de communication au consommateur dudit signal. 20 La présente invention permet ainsi d'assurer que les variations de la consommation dans le temps sont compatibles avec les capacités de variation de la production. En d'autres termes, l'invention permet de satisfaire les contraintes de flexibilité d'un système de production en réduisant la 25 variabilité de la consommation pour la ramener à un niveau compatible avec les contraintes techniques du système de production. L'invention concerne également un procédé qui comprend les étapes consistant à : - mesurer la variabilité de la consommation d'un consommateur, 30 - mesurer le besoin de flexibilité requis par un producteur pour suivre la variation de la consommation du consommateur, - calculer un signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du producteur, et 3055479 3 - communiquer au consommateur ledit signal. DESCRIPIF RAPIDE DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va 5 suivre et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, et sur lesquels : - la figure 1 représente l'architecture générale d'un système conforme à la présente invention, et - la figure 2 représente un logigramme du processus mis en oeuvre par 10 l'invention. DESCRIPTION DETAILLE DE L'INVENTION Dans un système de production-consommation d'électricité, toute variation de la consommation doit être suivie par une variation identique de la production. Le suivi de la consommation d'électricité d'un 15 consommateur par un producteur d'électricité nécessite donc en principe de la flexibilité du producteur. Réduire la variabilité de sa consommation électrique par un consommateur nécessite un effort de comportement de la part du consommateur, c'est-à-dire une modification de son comportement 20 naturel. Dans tout système donné consistant en un producteur et un consommateur, le producteur peut observer la consommation électrique du consommateur, mais il ne peut pas observer l'effort effectué par le consommateur pour réduire la variabilité de sa consommation. En effet, 25 le producteur ne sait pas dire a priori si la variation observée de la consommation est due à la mise en oeuvre d'un effort particulier du consommateur ou s'il s'agit seulement de son comportement naturel. Les moyens de gestion des contraintes de flexibilité d'une production par contrôle de la variabilité de la consommation électrique 30 du consommateur proposés dans le cadre de la présente invention permettent de surmonter cette difficulté. Comme illustré sur la figure 1 annexée, la présente invention propose pour cela, dans le cadre d'un système comprenant au moins 3055479 4 une unité de production d'énergie électrique 100, une unité de consommation d'énergie électrique 200 et une unité de traitement 300 : - des moyens 110 de mesure du besoin de flexibilité requis par un producteur pour suivre la variation de la consommation du 5 consommateur, - des moyens 210 de mesure de la variabilité de la consommation d'un consommateur, - des moyens 310 de calcul d'un signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du 10 producteur, et - des moyens 220 de communication dudit signal au consommateur. La mesure de variabilité de la consommation du consommateur s'effectue à l'aide d'un compteur 210 capable d'effectuer une télé-relève en temps réel. Le compteur 210 envoie le niveau de consommation du 15 consommateur mesuré en kW avec un pas de temps de l'ordre de la minute. La variabilité de la consommation du consommateur est alors obtenue comme la variance cumulée des mesures de consommation sur une période donnée par exemple de l'ordre de quinze minutes. La mesure du besoin de flexibilité requis par le producteur pour 20 suivre la consommation du consommateur est donnée par le produit du gradient technique de la centrale de production par la variabilité de la consommation. La détermination du signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du 25 producteur est une étape essentielle de l'invention. On va maintenant décrire comment ce signal est obtenu dans le cadre de la présente invention. La flexibilité est mesurée par la variation par unité de temps de la puissance fournie par les installations du producteur. Dans le cadre de 30 l'invention, le manque de flexibilité des capacités de production est mesuré par le coût associé à des variations de la production en dehors du régime de fonctionnement normal. Ce coût est une donnée technique du moyen de production. 3055479 5 La variabilité de la consommation électrique du consommateur est mesurée par le carré de la variation de sa consommation par unité de temps. Le logigramme correspondant au processus décrit ci-dessous est 5 illustré sur la figure 2 annexée. Pour établir le signal capable de déclencher l'adaptation du consommateur aux contraintes techniques du producteur, l'invention propose de modéliser l'interaction entre le producteur et le consommateur. 10 Dans le modèle ainsi proposé par l'invention, l'objectif du consommateur est de maximiser, sur une période de temps de durée T, sa consommation électrique, notée C(t) à l'instant t, et de minimiser la somme de son effort d'adaptation de la variabilité de sa consommation, notée G(t) à l'instant t, et de sa facture d'électricité. Il reçoit en temps 15 réel un signal, noté S(t), de la part du producteur. Modifier son comportement de consommation lui demande un effort. Dans le cadre de l'invention, l'effort du consommateur est donné par une fonction dont les paramètres (k et u) sont estimés par des méthodes statistiques classiques sur un panel de consommateurs. 20 Par ailleurs, dans le modèle proposé par l'invention, l'objectif du producteur est de minimiser la somme de son coût de production de l'électricité consommée tout en respectant les contraintes techniques de flexibilité limitée de son outil de production. La fonction de coût de production du producteur est notée g. Les contraintes de flexibilité sont 25 converties en un terme de coût par le produit du gradient technique noté h de la centrale de production avec la variabilité de la consommation. Dans ce modèle, le producteur est capable de connaître en temps réel la consommation du consommateur. En revanche, il n'est pas 30 capable de connaître les efforts réels qu'effectue le consommateur. Le signal S(t) est de préférence donné par la relation : 3055479 6 (1) Dans cette formule R est la prime minimale à donner au consommateur pour qu'il accepte de coopérer dans le mécanisme de 5 régulation. Par ailleurs, le premier terme est le terme lié au niveau de la consommation et le second terme est le terme lié à la variabilité de la consommation. Dans cette formule, X, est donné par : (2) 10 où w est une variante gaussienne centrée réduite et où V est l'unique solution de l'équation aux dérivés partielles suivante (3) dont on peut calculer les valeurs en chacun des points x par une 15 méthode de différences finies standard. L'équation 1 donne donc le signal S(t) en fonction des paramètres de fonction d'effort du consommateur et du paramètre de flexibilité de la production. Les équations ci-dessus reposent sur les hypothèses suivantes : 20 - le logarithme de la consommation du consommateur suit la dynamique dC(t) = a_0 dt + b(t) dW_t où a_0 est le log de la consommation moyenne du consommateur, b(t) est la variabilité de la consommation et dW_t est un mouvement brownien. - la fonction d'effort du consommateur est donnée par 25 c(a,b)=aA2/2(2*k) + 0.5/(u*b)A2. - on a mesuré la consommation du consommateur sur une durée T précédent l'instant t avec un pas de temps de longueur uniforme E L'équation 1 donne le calcul du signal S(t) à envoyer au consommateur à l'instant t. 3055479 7 Entre T-t et t, l'unité de traitement 300 a mesuré la consommation aux instants discrets t_i à l'aide des moyens 210. On démontre que le signal S(t) défini comme indiqué ci-dessus est optimal pour déclencher une réaction optimale du consommateur 5 aux contraintes du producteur. Quand le consommateur reçoit le signal S(t) déterminé selon l'invention, il réduit automatiquement la variation G(t) de sa consommation et la ramène à un niveau qui est compatible avec la contrainte technique de flexibilité g du producteur. 10 Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. On a décrit précédemment un système comprenant un moyen de production 100 et un moyen de consommation 200. 15 En pratique l'invention s'applique évidemment à des systèmes comprenant une pluralité de moyens de consommation 200, voire une pluralité de moyens de production 100. Dans ce cas le système comprend plusieurs moyens de consommation d'électricité 200 et des moyens 210, 220 respectifs pour 20 chacun de ces moyens de consommation d'électricité, adaptés pour déterminer pour chacun de ces moyens de consommation d'une part une mesure de la variabilité de la consommation de chaque consommateur et d'autre part un signal adapté pour engendrer chez chaque consommateur respectif une adaptation de sa consommation 25 aux contraintes du producteur. REVENDICATIONS1. Système de gestion d'un ensemble comprenant des moyens de production d'électricité (100) et des moyens de consommation d'électricité (200), caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (210) de mesure de la variabilité de la consommation d'un consommateur, - des moyens (110) de mesure du besoin de flexibilité requis par un producteur pour suivre la variation de la consommation du 10 consommateur, - des moyens (310) de calcul d'un signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du producteur, et - des moyens (220) de communication au consommateur dudit signal. 15 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (210) de mesure de la variabilité de la consommation d'un consommateur comprennent un compteur adapté pour effectuer une télé-releve en temps réel. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé 20 par le fait que les moyens (210) de mesure de la variabilité de la consommation d'un consommateur déterminent et délivrent un signal de consommation avec un pas de temps de l'ordre de la minute. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens (210) de mesure de la variabilité de la 25 consommation d'un consommateur déterminent la variance cumulée des mesures de consommation sur une période de l'ordre de quinze minutes. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs moyens de consommation d'électricité 30 (200) et des moyens (210, 220) respectifs pour chacun de ces moyens de consommation d'électricité, adaptés pour déterminer pour chacun de ces moyens de consommation d'une part une mesure de la variabilité de la consommation de chaque consommateur et d'autre part un signal 3055479 9 adapté pour engendrer chez chaque consommateur respectif une adaptation de sa consommation aux contraintes du producteur. 6. Procédé de gestion d'un ensemble comprenant des moyens de production d'électricité (100) et des moyens de consommation 5 d'électricité (200), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - mesurer la variabilité de la consommation d'un consommateur, - mesurer le besoin de flexibilité requis par un producteur pour suivre la variation de la consommation du consommateur, - calculer un signal capable d'engendrer chez le consommateur une adaptation de sa consommation aux contraintes du producteur, et - communiquer au consommateur ledit signal. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la mesure du besoin de flexibilité requis par le producteur pour suivre la consommation du consommateur est donnée par le produit du gradient technique de la centrale de production par la variabilité de la consommation. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un modèle dans lequel l'objectif du consommateur est de maximiser, sur une période de temps de durée T, sa consommation électrique et de minimiser la somme de son effort d'adaptation de la variabilité de sa consommation et de sa facture d'électricité. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un modèle dans lequel l'objectif du producteur est de minimiser la somme de son coût de production de l'électricité consommée par le consommateur tout en respectant les contraintes techniques de flexibilité limitée de son outil de production, les contraintes de flexibilité étant converties en un terme de coût par le produit du gradient technique de la centrale de production avec la variabilité de la consommation. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 caractérisé par le fait que le signal S(t) est donné par la relation : 3055479 10 - dans laquelle R représente une prime minimale à donner au consommateur pour qu'il accepte de coopérer dans un mécanisme de 5 régulation, le premier terme est un terme lié au niveau de la consommation et le second terme est un terme lié à la variabilité de la consommation, X, étant donné par : où w est une variable gaussienne centrée réduite et où V est l'unique 10 solution de l'équation aux dérivées partielles suivante T) dont les valeurs en chacun des points x sont déterminées par une méthode de différences finies standard. -