Brevet FR3071319A1 — publié le 20190322

PROCEDE DE MESURE DE LA PERFORMANCE D'UNE CENTRALE A ENERGIE RENOUVELABLE, PROCEDE DE DETECTION D'UNE ANOMALIE DE FONCTIONNEMENT D'UNE CENTRALE A ENERGIE RENOUVELABLE ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE LESDITS PROCEDES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de l'invention est celui des centrales de production à énergie renouvelable. La présente invention concerne un procédé de surveillance du fonctionnement d'une telle centrale et en particulier procédé de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable et un procédé de détection d'une anomalie de fonctionnement, la détection s'opérant à partir de la mesure de la performance. L'invention concerne également un dispositif de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable et de détection d'une anomalie de fonctionnement d'une centrale à énergie renouvelable mettant en oeuvre lesdits procédés. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les centrales à production d'énergie renouvelable sont des systèmes complexes dont il est difficile de mesurer les performances. Il est pourtant important détecter les anomalies dans le fonctionnement d'une centrale de production, par exemple au moyen d'un indicateur de performance. Or, il n'existe pas aujourd'hui de méthode fiable capable d'attribuer, pour une période de fonctionnement donnée, un indicateur de performance rendant compte de manière fiable du fonctionnement d'une centrale. Il existe donc un besoin d'un procédé permettant de mesurer la performance d'une centrale à énergie renouvelable de manière fiable et, éventuellement, de détecter les anomalies dans le fonctionnement de la centrale afin de pouvoir identifier et éventuellement corriger lesdites anomalies. Il existe également un besoins d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procédé. 2 RESUME DE L'INVENTION L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment en permettant une mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable et, à partir de ladite mesure, de détecter une anomalie dans le fonctionnement de ladite centrale. 5 Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne un procédé de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable comprenant : - une étape de mesure de la production en énergie de la centrale sur une période de temps, dite période de production Tprod ; - une étape de calcul d'un indicateur de production réelle à partir de la 10 production mesurée lors de l'étape de mesure de la production en énergie ; - une étape de calcul d'un indicateur de production théorique sur la période de production Tprod à partir d'un modèle physique de la centrale ; - une étape de calcul du rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique sur la période de production Tprod ; 15 la mesure de la performance étant donnée par la valeur du rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique. Grâce à l'invention, il est possible de mesurer la performance d'une centrale sur une période de production donnée. De plus, la mesure de la performance pour des périodes de production successives permet également de mesurer l'influence des 20 dispositions éventuellement prises pour améliorer le fonctionnement de la centrale. Comme cela sera montré dans la suite, la mesure de la performance peut également permettre de détecter une anomalie de fonctionnement de la centrale. Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un premier aspect de l'invention peut présenter une ou 25 plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, l'indicateur de production réelle est obtenu à l'aide de la formule suivante : 3 Tprod ( lp (Tp'd) = f tk1(t)Pmesure (t) - k2(t)f (Pmesure (t), Pprévision (t))} dt 0 où Ip est l'indicateur de production réelle, Pmesure CO est la puissance fournie à l'instant t, n r prévision CO est la puissance prévue à l'instant t, Tpro d est la période de production, k1(t) et k2 (t) sont des facteurs de pondération positifs dépendants du 5 temps et f est une fonction définissant une pénalité en fonction de la puissance fournie P mesure CO et de la puissance prévue n r prévision (t) - Avantageusement, l'indicateur de production théorique est fonction de la production théorique sur la période de production Tprod calculée à partir du modèle physique de 10 la centrale. Avantageusement, l'indicateur de production théorique est calculé à partir de la production théorique pth(t) à un instant t maximisant la relation suivante, notée pt*h : 1Tprod k3 (t) pth(t)dt 13 où k3(t) est un coefficient de pondération positif dépendant du temps et pth(t) est 15 la production théorique à un temps t, l'indicateur de production théorique étant égal a: foTprod Ith (Tpro d) = P >t'II (t) Ainsi, l'indicateur de production théorique Ith tient compte du fait qu'il peut être préférable de produire à certains moments de la période de production, par exemple 20 lorsque la demande est importante. Avantageusement, le procédé comprend également une étape d'affichage de la performance de fonctionnement. Ainsi, il est possible de visualiser, pour la période de production considéré, la performance mesurée. Avantageusement, l'étape d'affichage comporte : 4 - une sous-étape d'affichage d'une information concernant la valeur de l'indicateur de production réelle et/ou théorique ; et - une sous-étape d'affichage d'une information concernant l'évolution d'une ou plusieurs grandeurs physiques associées à la production en énergie sur la 5 période de production Tprod- Ainsi, il est possible de connaître les valeurs des grandeurs physiques associées à la production en énergie et éventuellement de les comparer aux valeurs physiques obtenues lors de périodes de production antérieures. Avantageusement, la centrale à énergie renouvelable comporte au moins une 10 batterie, le procédé étant caractérisé en ce qu'une des grandeurs physiques associées à la production en énergie affichée lors de l'étape d'affichage de la performance de fonctionnement est l'état de charge de la batterie lors de la période de production Tprod ainsi que l'état de charge de la batterie théorique pour ladite période. On entend par état de charge théorique, l'état de charge relatif à la 15 production théorique. Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de détection d'une anomalie de fonctionnement d'une centrale à énergie renouvelable caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de mesure de la performance d'une centrale à énergie 20 renouvelable à l'aide d'un procédé selon l'une des revendications précédentes ; - une étape de détection d'une anomalie de fonctionnement lorsque le rapport entre l'indicateur de performance réel et l'indicateur de performance théorique est inférieur à une valeur prédéterminée. 25 Ainsi, à partir de la mesure de la performance obtenue à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention, il est possible de détecter un dysfonctionnement éventuel d'une centrale à énergie renouvelable. Un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable comprenant des moyens 5 configurés pour : - mesurer la production en énergie de la centrale sur une période de temps, dite période de production Tprod ; - calculer un indicateur de production réelle à partir de la production mesurée 5 lors de la mesure de la production en énergie ; - calculer, à partir d'un modèle physique de la centrale, un indicateur de production théorique sur la période de production Tp : rod , - calculer le rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique sur la période de production Tprod- 10 Avantageusement, le dispositif comprend également des moyens pour détecter une anomalie de fonctionnement lorsque le rapport entre l'indicateur de performance réel et l'indicateur de performance théorique est inférieur à une valeur prédéterminée. Un quatrième aspect de l'invention concerne un produit programme d'ordinateur 15 comprenant des instructions qui conduisent le dispositif selon un troisième aspect de l'invention à exécuter les étapes du procédé selon l'un premier aspect de l'invention ou un deuxième aspect de l'invention. Un cinquième aspect de l'invention concerne un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon un quatrième aspect de 20 l'invention. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 25 - La figure 1 montre un ordinogramme d'un procédé selon un premier aspect de l'invention. - La figure 2 montre une représentation schématique d'un dispositif selon un troisième aspect de l'invention. 6 - La figure 3 montre une centrale équipée d'un dispositif selon un troisième aspect de l'invention. - La figure 4 montre une représentation d'un plan de production pour une période de production donnée. 5 - La figure 5 montre un affichage de grandeurs physiques associées à une période de production. - La figure 6 montre l'évolution de la performance d'une centrale pour plusieurs périodes de production. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE 10 L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Dans ce qui suit, le temps peut être considéré comme une variable t continue allant de 0 à la période de production Tprod ien d - - ou discrète k allant de 1 à K. De plus, lorsque l'on s'intéresse à la valeur d'une grandeur 15 physique f sur toute la période de production, les deux notations suivantes sont équivalentes : fTprod f(t)dt f(k) o k=1 En outre, une grandeur physique X sur la période de production Tprod sera notée X(Tprod). Cette etptoemê,me grandeur physique à un instant t sera noté x(t) de sorte 20 que X(Tprod) f )(ft ) dt ou X(Tprod) = x(k). Un premier mode de réalisation selon un premier aspect de l'invention illustré en figure 1 concerne un procédé 100 de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable. Le procédé comporte une étape 101 de mesure de la production en énergie de la centrale sur une période de temps, dit période de 25 production Tprod ; une étape 102 de calcul d'un indicateur de production réelle Ip à partir de la production mesurée lors de l'étape 101 de mesure de la production en énergie ; une étape 103 de calcul, à partir d'un modèle physique de la centrale, d'un 7 indicateur de production théorique Ith sur la période de production Tprod ; une étape 104 de calcul du rapport R entre l'indicateur de production réelle Ip et l'indicateur de production théorique Ith sur la période de production Tprod (autrement dit R = Ierprod) ' ,) - la mesure de la performance étant donnée par la valeur du rapport R iterprocu 5 entre l'indicateur de production réelle Ip et l'indicateur de production théorique Ith. Dans un mode de réalisation, l'indicateur de production réelle est obtenu à l'aide de la formule suivante : Tprod leprod) = f 11(1(t)Pmesure(t) - k2 (t)f (Pmesure (t), Pprévision(t))} dt 0 où Ip est l'indicateur de production réelle, Pmesure(t) est la puissance fournie à 10 l'instant t, n r prévision CO est la puissance prévue à l'instant t, Tprod est la période de production, k1(t) et k2(t) sont des facteurs de pondération positifs dépendants du temps et f est une fonction définissant une pénalité en fonction de la puissance fournie Pmesure CO et de la puissance prévue nprévision Les facteurs de r CO - pondération dépendant du temps permettent de moduler le calcul de l'indicateur en 15 fonction du temps sur la période de production Tprod, par exemple pour donner un poids plus important à la pénalité lorsque la demande en énergie est importante et donc tout écart à la production dommageable pour la stabilité du réseau. Dans un exemple de réalisation, la fonction définissant une pénalité est donnée par : f (Pmesure (t), Pprévision(t)) = Pmesure (t) - Pprévision(t) 20 Ainsi, la pénalité est égale à l'écart entre la prévision et la production effective. Dans un mode de réalisation, les facteurs de pondération sont constants et tels que Mt) = K1 et k2(t) = K2 et la fonction f dépend linéairement de la puissance fournie Pmesure CO et de la puissance prévue n r- prévision CO de sorte que l'indicateur de production réelle peut s'exprimer à l'aide de la formule suivante : 25 1p (Tprod) = K1Pmesure (Tprod) - K2 f (Pmesure (Tprod), Pprévision (Tprod)) 8 Dans ce mode de réalisation, le rapport R prend donc la forme suivante : R = K1Pmesure (Tprod) - K2 f (Pmesure(Tprod), Pprévision (Tprod)) Dans un mode de réalisation K1 = K2 = 1. Dans un mode de réalisation, l'indicateur de production théorique Ith est fonction de 5 la production théorique pth(t) à chaque instant t calculée à partir du modèle physique de la centrale. Dans un mode de réalisation, l'indicateur de production théorique Ith est calculé à partir de la production théorique pth(t) à un instant t maximisant la relation suivante (appelée production théorique optimale et notée Ph) : 10 1Tprod k3 (t) pth(t)dt 13 où k3(t) est un coefficient de pondération positif dépendant du temps. Autrement dit : T Tprod max (Iprod k3(t) Ptredt ) o = f k3(t) pi'h(t)dt o Une fois la production théorique optimale pth(t) à un instant t déterminée, 15 l'indicateur de production théorique Ith sur la période de production Tprod peut être calculé à l'aide de la formule suivante : foTprod Ith(Tprod) = Ph(t) Dans un mode de réalisation, le coefficient k3(t) est une constante K3, par exemple K3=1. Dans un mode de réalisation alternatif, le coefficient k3(t) est fonction de la 20 demande en énergie sur le réseau d'énergie auquel est raccordée la centrale à énergie renouvelable. Ainsi, l'indicateur de production théorique Ith tient compte du fait qu'il peut être préférable de produire à certains moments de la période de production, par exemple lorsque la demande est importante. Ith(Tprod) 9 Dans un mode de réalisation, le procédé 100 comprend également une étape 105 d'affichage de la performance de fonctionnement. De préférence l'étape 105 d'affichage de la performance de fonctionnement comporte une sous-étape 1051 d'affichage d'une information concernant la valeur du rapport R entre 5 l'indicateur de production réelle Ip et l'indicateur de production théorique Ith ainsi que lesdits indicateurs ; et une sous-étape 1052 d'affichage d'une information concernant l'évolution d'une ou plusieurs grandeurs physiques associées à la production en énergie sur la période de production Tprod- Dans un mode de réalisation, la centrale à énergie renouvelable comporte au moins 10 une batterie et une des grandeurs physiques associées à la production en énergie affichée lors de l'étape 105 d'affichage de la performance de fonctionnement est l'état de charge SOC de la batterie lors de la période de production Tprod ainsi que l'état de charge de la batterie théorique SOCth pour ladite période. L'état de charge de la batterie théorique SOCth est déterminé à partir de la production théorique 15 optimale pt*h(t) et correspond à l'état de charge de la batterie SOC qui aurait été mesurée si le fonctionnement de la centrale avait été conforme à celui prévu dans le calcul de la production théorique optimale pt*h(t). Dans un mode de réalisation, la performance de la centrale est classée en quatre niveaux : 20 R > 0.85, optimal; 0.85 > R > 0.75, convenable ; 0.75 > R > 0.5, détérioré ; R ramp1 x Phase(2, k) où rampi est un coefficient positif associé à la rampe de la phase de monté ; - 13'f + AP Phase(3, k) P'f - AP où P'f est la puissance de référence lors de la phase de stabilisation et Al) est la marge d'erreur (cette dernière est 15 généralement fixée par le gestionnaire et/ou le propriétaire de la centrale) ; - Phase(4, k + 1) ramp2 x Phase4(4, k) où ramp2 est un coefficient négatif associé à la rampe de la phase de monté ; - Phase(5, k) = O; - EL, 6(n, k) = 1 Vk E [1, K]. 20 Dans un mode de réalisation, la marge d'erreur AP est égale à 5% de la puissance de référence P'f. De plus, la production théorique pth(k) à un instant k est égale à la puissance fournie par le ou les panneaux solaire p(k) à un instant k et la puissance fournie par la ou les batteries phat(k) à un instant k de sorte que : 25 Pth(k) = p(k) + phat(k) On calcule ensuite un indicateur de la performance théorique en déterminant la 15 production théorique maximisant la relation suivante : pth(k) x k3(k) k=1 Autrement dit, on détermine la fonction pth(k) maximisant la relation précédente, noté pt*h(k), puis on calcule l'indicateur de production théorique comme étant : 5 Ith(Tprod) = Ph(k) k=i Une fois cet indicateur de production théorique Ith déterminé, il est possible de calculer la valeur du rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique : I (T d) R = P iP" ith1'Irrprod) 10 II est alors possible de mesurer la performance de la centrale photovoltaïque et éventuellement de détecter une anomalie dans son fonctionnement. Dans cet exemple de réalisation, il sera également possible de réaliser une étape 105 d'affichage comme illustré à la figure 5. Sur cette figure, l'affichage présente, à l'aide d'un graphique dit radar, l'utilisation de la batterie, l'énergie produite (libellée 15 production), la pénalité ainsi que la performance, c'est-à-dire le la valeur du rapport R entre l'indicateur de production réelle Ip et l'indicateur de production théorique Ith durant une période de production. De plus, lorsque les périodes de production se succèdent, l'étape d'affichage peut également faire apparaitre l'évolution de la performance au cours de ces différentes périodes de productions 20 comme cela est illustré à la figure 6. Dans l'exemple de la figure 6, chaque période de production est représentée par un histogramme dont la hauteur est représentative de la performance (ici exprimée en °/0) lors de la période de production considérée. Comme cela a déjà été mentionné, un tel affichage permet notamment de mesurer l'influence des dispositions éventuellement prises pour 25 améliorer le fonctionnement de la centrale, REVENDICATIONS1. Procédé (100) de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape (101) de mesure de la production en énergie de la 5 centrale sur une période de temps, dite période de production Tprod - une étape (102) de calcul d'un indicateur de production réelle à partir de la production mesurée lors de l'étape (101) de mesure de la production en énergie ; - une étape (103) de calcul d'un indicateur de production théorique 10 sur la période de production Tprod à partir d'un modèle physique de la centrale; - une étape (104) de calcul du rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique sur la période de production Tprod ; 15 la mesure de la performance étant donnée par la valeur du rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique. 2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend une étape (105) d'affichage de la performance de fonctionnement. 20 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'indicateur de production réelle est obtenu à l'aide de la formule suivante : Tprod leprod) f tki (t)Pmesure (t) - k2 (Of (Prnesure (0, Pprévision (0)1 dt 0 où 1p est l'indicateur de production réelle, pmesure (t) est la puissance fournie à l'instant t, n r prévision (t) est la puissance prévue à l'instant t, Tprod est la période de production, k1(t) et k2 (t) sont des facteurs de pondération 25 positifs dépendants du temps et f est une fonction définissant une pénalité en fonction de la puissance fournie pmesure(t) et de la puissance 18 prévue n r- prévision (t) . 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'indicateur de production théorique est fonction de la production théorique sur la période de production Tprod calculée à partir du modèle physique de la centrale. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'indicateur de production théorique est calculé à partir de la production théorique pth(t) à un instant t maximisant la relation suivante, notée pt*h : f0Tprod k3 (t) NI (0 dt où k3(t) est un coefficient de pondération positif dépendant du temps et pth(t) est la production théorique à un temps t, l'indicateur de production étant égal à: Tprod Ith (rprod) = 113;11 (t) o 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5 dans leur dépendance à la revendication 2 caractérisé en ce que l'étape (105) d'affichage de la performance de fonctionnement comporte : - une sous-étape (1051) d'affichage d'une information concernant la valeur de l'indicateur de production réelle et/ou théorique ; et - une sous-étape (1052) d'affichage d'une information concernant l'évolution d'une ou plusieurs grandeurs physiques associées à la production en énergie sur la période de production Tprod - 7. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la centrale à énergie renouvelable comporte au moins une batterie, le procédé étant caractérisé en ce qu'une des grandeurs physiques associées à la production en énergie affichée lors de l'étape (105) d'affichage de la performance de fonctionnement est l'état de charge (SOC) de la batterie 19 lors de la période de production Tprod ainsi que l'état de charge de la batterie théorique pour ladite période. 8. Procédé de détection d'une anomalie de fonctionnement d'une centrale à énergie renouvelable caractérisé en ce qu'il comprend : 5 - une étape de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable à l'aide d'un procédé selon l'une des revendications précédentes ; - une étape de détection d'une anomalie de fonctionnement lorsque le rapport entre l'indicateur de performance réel et l'indicateur de 10 performance théorique est inférieur à une valeur prédéterminée. 9. Dispositif de mesure de la performance d'une centrale à énergie renouvelable caractérisé en ce qu'il comprend des moyens configurés pour : - mesurer de la production en énergie de la centrale sur une période 15 de temps, dite période de production Tprod - calculer un indicateur de production réelle à partir de la production mesurée lors de la mesure de la production en énergie ; - calculer, à partir d'un modèle physique de la centrale, un indicateur de production théorique sur la période de production Tprod 20 - calculer le rapport entre l'indicateur de production réelle et l'indicateur de production théorique sur la période de production Tprod ; 10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 11. Support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication précédente.