Brevet FR3076324A1 — publié le 20190705

Arriere-plan de ('invention L'invention se rapporte au domaine general des &Hennes, autrement appelees aerogenerateurs. La figure 1 represente schernatiquement une eolienne 1 conforme a l'etat de la technique. On rappelle qu'une eolienne est un dispositif apte a transformer ('energie cinetique du vent en energie mecanique, laquelle peut eventuellement etre ensuite transform& en energie electrique. Cette eolienne 100 comporte : - un rotor 10 place sur un mat 20 et comportant un nez 30 auquel sont fixees des pales 30, generalement trois ; - une nacelle 40 apte a tourner pour orienter le rotor dans une direction appropriee choisie en fonction de la direction du vent ; et - un arbre 50 pouvant etre entraine en rotation par le rotor 10 par ('energie du vent transmise par les pales 30. Cet arbre est relie directement ou via un multiplicateur de vitesse a engrenages a un systeme mecanique 60 concu pour utiliser ('energie recueillie ; un dispositif de regulation 70, par exemple situe dans la nacelle, configure pour eviter surregime lorsque la vitesse du vent depasse une vitesse dite « vitesse nominale » ; des composants electroniques, electriques, pneumatiques ou mecaniques non representes, places par exemple dans la nacelle ou dans le mat, tels qu'un moderateur, un generateur, une unite de commande. La quantite d'energie produite par reolienne depend de la vitesse du vent revue par celle-ci. Plus precisement : lorsque la vitesse du vent est insuffisante pour faire tourner le rotor, c'est-h- dire inferieure a une vitesse dite « vitesse de demarrage » ('eolienne ne produit pas d'energie ; de la vitesse de dernarrage jusqu'a Ia vitesse nominale, la puissance en sortie de l'eolienne augmente avec la vitesse du vent jusqu'a atteindre une puissance nominale ; de la vitesse nominale jusqu'a une vitesse dite « vitesse de coupure », la puissance de sortie de reolienne est maintenue sensiblement a la puissance nominale grace au dispositif de regulation pour eviter une degradation de ('eolienne en surregime ; - au-dela de Ia vitesse de coupure, ('eolienne est generalement mise a l'arret. 2 Plusieurs solutions ont ete envisagees pour controler la force aerodynamique sur le rotor de reolienne. II est par exemple possible de jouer sur ('angle d'attaque du vent en modifiant un angle de calage des pales ou sur la surface au vent en modifiant la direction du rotor par rapport a celle du vent. 5 Le document WO 2011/147417 Al dealt un systenne de refroidissement permettant de reguler Ia temperature dans la nacelle et d'eviter la surchauffe de certains composants de l'eolienne en situation de surreginne. De fagon connue, un reglage approprie Ride l'eolienne peut etre determine pour chaque intervalle [V,, Vi+1] de vitesse de vent, par exemple : 10 un reglage R1 si la vitesse de vent est dans l'intervalle [1 m/s, 10 m/s] ; un reglage R2 si la vitesse de vent est dans l'intervalle [10 m/s, 20 m/s]. un reglage R3 si la vitesse de vent est dans l'intervalle [10 m/s, 30 m/s]. II est done necessaire de connaitre la vitesse du vent pour effectuer un bon reglage de l'eolienne. Dans l'etat actuel de la technique, la vitesse du vent est estimee en 15 fonction de previsions nneteorologiques actualisees environ tous les trois heures et it est usuel de regler l'eolienne entre deux previsions selon un reglage constant determine en fonction de la derniere prevision. En reprenant I'exemple precedant, si reolienne recoit a 20 heures une prevision selon laquelle la vitesse moyenne du vent dans les trois prochaines heures est 19 m/s 20 reolienne sera *lee selon le reglage R2 entre 20 heures et 23 heures. Cette situation n'est pas satisfaisante car la vitesse de vent est susceptible de varier brusquement et fortement au tours sur une duree de trois heures. 25 Objet et résumé de ('invention La presente invention vise un procede de reglage d'une ou plusieurs &Hennes qui ne presente pas les inconvenients du procede decrit ci-dessus. Ce procede de reglage d'une ou plusieurs doliennes comporte : 30 - une etape d'obtention d'au moins une mesure de la vitesse du vent a un instant de mesure et a une localisation de mesure, - une etape d'estimation d'une vitesse du vent, dite « vitesse estimee », a un instant cible et a une localisation cible en fonction de ces mesures, la localisation cible etant a proximite geographique de la localisation de Ia ou des eoliennes ; et 3 - une etape de controle permettant le reglage d'au moins un composant de Ia ou des &Hennes a ('instant cible, avec une valeur de reglage determinee en fonction de la vitesse estimee. Correlativennent, ('invention concerne un dispositif de reglage d'au moins une 5 eolienne comportant : - un capteur configure pour obtenir au moins une mesure de la vitesse du vent a un instant de mesure et a une localisation de mesure, - une unite d'estimation d'une vitesse du vent, dite « vitesse estimee », a un instant cible et a une localisation cible en fonction de ces mesures, la localisation cible 10 etant a proxinnite geographique de la localisation de la ou des doliennes ; et - une unite de controle configuree pour permettre le reglage d'au moins un composant de la ou des &Hennes a ('instant cible, avec une valeur de reglage determinee en fonction de la vitesse estimee. Ainsi, et d'une facon generale, ('invention propose d'estimer Ia vitesse du vent a 15 venir au niveau d'une eolienne a partir de mesures de Ia vitesse du vent realisees par des capteurs places au niveau de ('eolienne ou deportees. Ces mesures peuvent etre realisees selon une frequence qui ne depend que du type de capteurs, en tout etat de cause avec une frequence beaucoup plus elevee qu'une mesure tous les trois heures. 20 Dans un mode de realisation, la localisation de mesure est a proximite geographique de la localisation cible. Ce mode de realisation permet une prediction tres precise. Dans un mode de realisation, Ia valeur de reglage est obtenue dans une table a partir de la vitesse estimee, et eventuellement a partir d'autres parametres, par exemple 25 les previsions meteorologiques a trois heures, ou la localisation de ('eolienne dans le cas oil on utilise des capteurs deportes. Dans un mode de realisation, Ia vitesse estimee est estimee en utilisant un historique des mesures et un nnodele obtenu a partir d'une methode d'apprentissage (en anglais « machine Learning »). 30 Dans un mode particulier de realisation, plusieurs methodes d'apprentissage peuvent etre envisagees et evaluees au cours d'une phase preliminaire, notamment une methode a champs aleatoires conditionnels, avec une implementation Ins& sur la methode wapiti. En variante, la methode d'apprentissage peut etre une methode de type Long 35 Short Term Memory, par exemple implementee avec la librairie Keras . 4 Dans un mode de realisation, l'etape de controle comporte une etape d'envoi d'une commande a la ou aux &Hennes, cette commande comportant au moins une information permettant a ('eolienne d'obtenir la valeur de reglage et ('instant cible. Dans un mode de realisation, le reglage d'au moins un composant d'une eolienne 5 consiste a : - orienter un rotor de ('eolienne ; et/ou a - definir un angle de calage des pales de ('eolienne. Dans un mode de realisation, le dispositif de reglage selon l'invention comporte une unite d'envoi d'une commande a la ou aux &Hennes, cette commande comportant 10 au moins une information permettant a ('eolienne d'obtenir la valeur de reglage et ('instant cible. Cette commande peut contenir la valeur de reglage et ('instant cible en dur, une information codee a partir de ces elements ou un lien permettant a ('eolienne de les obtenir. 15 L'invention concerne egalement une eolienne comportant un dispositif de reglage tel que mentionne ci-dessus. Dans un mode de realisation, le capteur de la mesure de la vitesse du vent est situe sur un mat de ('eolienne. Ce mode de realisation permet de placer le capteur suffisamment loin des pales pour que les mesures ne soient pas perturbees par le vent 20 genere par la rotation des pales. L'invention vise aussi un systerne de reglage d'au moins une eolienne comportant : - au moins un dispositif de reglage tel que mentionne precedemment; et - au moins une eolienne, chaque eolienne comportant une unite de reception 25 d'une commande envoyee par un ou plusieurs dispositifs de reglage et une unite de controle configuree pour *ler au moins un composant de ('eolienne a un instant cible et selon une valeur de reglage obtenus a partir de ces commandes. Dans un mode particulier de realisation, les &apes du procede de reglage selon l'invention sont determinees par des instructions de programmes d'ordinateurs. 30 En consequence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme etant susceptible d'être mis en ceuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptees a la mise en oeuvre des &apes d'un procede de reglage tel que decrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et etre 35 sous la forme de codes source, codes objet, ou de codes intermediaires entre code 5 source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilee, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions d'un programme d'ordinateur tel que mentionne ci-dessus. 5 Le support d'informations peut etre n'importe quelle entite ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, RAM, PROM, EPROM, un CD ROM ou, ou encore un moyen d'enregistrement nnagnetique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut etre un support transmissible tel 10 qu'un signal electrique ou optique, qui peut etre achemine via un cable electrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut etre en particulier telecharge sur un reseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations peut etre un circuit integre dans lequel le programme est incorpore, le circuit etant adapte pour executer ou pour etre utilise 15 dans l'execution du procede en question. Breve description des dessins Des caracteristiques et avantages particuliers de la presente invention ressortiront de la description detainee faite aux figures dans lesquelles 20 Ia figure 1 déjà decrite represente une eolienne de l'art anterieur ; - les figures 2A et 2B illustrent des dispositifs de reglage conformes a l'invention dans deux modes particuliers de realisation ; la figure 3 represente !'architecture materielle des dispositifs de reglage des figure 2A et 2B selon un mode particuliers de realisation ; 25 - la figure 4 represente, sous forme organigramme, les principales &apes d'un procede de reglage conforme a un mode particulier de realisation de !Invention ; - Ia figure 5 represente une eolienne conforme a un mode particulier de realisation de l'invention ; et Ia figure 6 represente des eoliennes et des dispositifs de reglage conformes a 30 l'invention dans un systeme conforme a l'invention. Description detainee de modes de realisation de l'invention Dans le mode de realisation decrit ici, les dispositifs de reglage 50, 51 conformes 35 a l'invention ont !'architecture materielle d'un ordinateur 67 telle qu'illustree a la figure 3. Its comprennent notamment un processeur 61, une memoire vive 62, une memoire 6 morte 63, une memoire flash non volatile 64, et eventuellement des moyens de communication 65. Les moyens de communication 65 permettent aux dispositifs de reglage deportes d'envoyer des commandes aux &Hennes. 5 La memoire morte 63 de chaque dispositif de reglage constitue un support d'enregistrement conforme a l'invention, lisible par le processeur 61 et sur lequel est enregistre un programme d'ordinateur PG conforme a l'invention : le programme PG comporte des instructions pour ('execution des etapes du procede de reglage selon l'invention et qui sera decrit ci-apres en reference a la figure 4. 10 Les modules fonctionnels Minis par le programme PG s'appuient sur et/ou commandent les elements materiels 61 a 64 ou 65 de l'ordinateur 67 cites precedemment, et comprennent notamment ici, comme illustre sur les figures 2A et 2B : - un capteur 50A, par exemple un anemometre, configure pour mesurer la vitesse du vent VMtM a des instants de mesure tM et a une localisation de mesure LOCm ; 15 - une unite 50B d'estimation d'une vitesse VEtc estimee du vent a un instant cible tc et a une localisation cible LOCI en fonction des mesures VMt, la localisation cible LOCI etant a proximite geographique de la localisation d'au moins une eolienne ; et - une unite 50C de contrOle configuree pour permettre le reglage d'au moins un composant d'au moins une eolienne a l'instant cible k, avec une valeur de reglage VR 20 determinee en fonction de Ia vitesse estimee VEtc- Le dispositif de reglage 51B comporte en outre une unite 50D pour envoyer des commandes COM a au moins une eolienne, une telle commande COM comportant au moins une information permettant a reolienne d'obtenir Ia dite valeur de reglage VR et l'instant cible tc. 25 La figure 4 represente sous forme d'organigramme les principales etapes d'un procede de reglage d'une ou plusieurs &Hennes conforme a un mode particulier de realisation de l'invention. Ce procede peut etre utilise pour regler les &Hennes 100 et 101 decrites ulterieurement en reference aux figures 5 et 6. 30 Ce procede comporte une etape E10 d'obtention d'au moins une mesure de la vitesse du vent VMtM. Ces mesures sont realisees a des instants de mesure tM par des capteurs aptes a mesurer la vitesse du vent, par exemple des anennometres. La vitesse du vent mesuree par un capteur est Ia vitesse du vent au niveau de la localisation de ce capteur, appelee « localisation de mesure ». 35 Dans le mode de realisation decrit ici, les mesures de vitesses VMtM du vent sont enregistrees dans un tableau d'historique HIST avec l'instant tM de la mesure. La 7 localisation de la mesure LOCtM peut aussi etre enregistree dans le tableau d'historique. L'enregistrement de la localisation de la mesure LOCtM n'est pas necessaire si la ou les &Hennes qui utiliseront ces mesures connaissent cette localisation. Le procede de reglage selon l'invention comporte une etape E20 permettant 5 d'estimer une vitesse VEtc estimee du vent a un instant cible tc et a une localisation cible LOCI en fonction des mesures VMt. En pratique, cette localisation cible LOCI correspond approximativement a la localisation de la ou des &Hennes a *ler. Le tableau d'historique HIST et la vitesse VEtc estimee du vent peuvent etre enregistres dans la memoire Flash 64. 10 Dans le mode de realisation decrit id, la vitesse estimee VEtc du vent est estimee en utilisant le tableau d'historique HIST et un modele MOD d'une methode d'apprentissage telle que celles mentionnees precedemment. Ce modele MOD peut etre enregistre dans la memoire ROM 63. Dans le mode de realisation decrit ici, le precede de reglage selon l'invention 15 comporte une etape E30 d'obtention d'une valeur de reglage d'au moins une eolienne, dans une table T, a partir de la vitesse du vent VEtc estimee a un instant cible tc. Cette table peut etre une table qui associe un reglage approprie Ft; de ('eolienne pour chaque intervalle [V1, Vi+1] de la vitesse de vent estimee. 6. Le reglage peut etre une orientation d'un rotor ou un angle de calage des pales de ('eolienne. 20 Le precede selon 1"invention comporte ensuite une etape E40 de controle permettant le reglage d'au moins un composant d'au moins une eolienne a l'instant cible tc avec cette valeur de reglage VR. Cette etape de controle peut comporter l'envoi d'une commande COM a au moins une eolienne, cette commande comportant au moins une information permettant 25 ('eolienne d'obtenir la valeur de reglage VR et !Instant cible to Ce mode de realisation sera decrit ulterieurement en reference a la figure 6. Description d'une premiere variante de realisation de l'invention 30 La figure 5 represente une premiere variante de realisation de l'invention dans laquelle le dispositif de reglage 50 conforme a l'invention est installe sur le mat 20 d'une eolienne 100 conforme a l'invention. Dans ce mode de realisation, le dispositif de reglage 50 est configure pour *ler directement les composants de ('eolienne 100 a l'instant cible k avec les valeurs de 35 reglage VR determinees a l'etape E30. 8 Description d'une deuxieme variante de realisation de ('invention La figure 6 represente un systeme de reglage 500 conforme a une deuxieme variante de realisation de ('invention. Ce systeme utilise plusieurs dispositifs de reglage 5 51 pour regler plusieurs eoliennes 101. Plus precisement, dans I'exemple de realisation decrit ici : un premier dispositif de reglage 511 regle une eolienne 1011 ; un deuxieme dispositif de reglage 512 *le une eolienne 1012 et participe au reglage d'une troisieme eolienne 1013 avec un troisieme dispositif de reglage 10 513 Autrement dit un dispositif de reglage selon ('invention peut regler une ou plusieurs &Hennes et une eolienne peut etre reglee par plus d'un dispositif de reglage. Dans ce mode de realisation, chaque eolienne 101, comporte une unite de reception 102 configuree pour recevoir les commandes COM envoyees par le ou les 15 dispositifs de reglage 51 qui la concernent et une unite de controle 103 configuree pour regler les composants de l'eolienne a ('instant cible k et selon une valeur de reglage VR obtenus a partir de ces commandes COM. Ces commandes sont envoyees par les dispositifs de reglage au cours de l'etape REVENDICATIONS1. Procede de reglage d'au moins une eolienne (100, 101) comportant : - une etape (E10) d'obtention d'au moins une mesure de la vitesse du vent (VMtm) a un instant de mesure (tM) et a une localisation de mesure (LOCH) ; - une etape (E20) d'estimation d'une vitesse (VEtc) du vent, dite « vitesse estimee » a un instant cible (k) et a une localisation cible (LOCO en fonction de ladite au moins une mesure (VMt), la localisation cible (LOCO etant a proximite geographique de la localisation de ladite au moins une eolienne ; et - une etape (E40) de controle permettant le reglage d'au moins un composant de ladite au moins eolienne audit instant cible (k), avec une valeur de reglage (VR) determinee en fonction de ladite vitesse estimee (VEtc). 2. Procede de reglage selon la revendication 1 dans lequel Ia localisation de mesure (LOCH) est a proximite geographique de la localisation cible (LOCO. 3. Procede de reglage selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que Ia valeur de reglage (VR) est obtenue (E30) dans une table (T) au moins a partir de Ia vitesse estimee (VEtc). 4. Procede de reglage selon l'une quelconque des revendications 1 a 3 dans lequel ('estimation de la vitesse estimee (VEtc) du vent en fonction de ladite au moins une mesure utilise un historique (HIST) desdites mesures et un modele (MOD) obtenu a partir d'une methode d'apprentissage. 5. Procede de reglage selon l'une quelconque des revendications 1 a 4 dans lequel ladite etape de controle (E40) comporte une etape d'envoi d'une commande (COM) a ladite au moins une eolienne, ladite commande comportant au moins une information permettant a reolienne d'obtenir Ia dite valeur de reglage (VR) et ledit instant cible (k). 6. Procede de reglage selon l'une quelconque des revendications 1 a 5 caracterise en ce que ledit reglage d'au moins un composant consiste a : - orienter un rotor (10) de ('eolienne ; et/ou a - definir un angle de calage des pales (30) de reolienne. 10 7. Dispositif (50, 51) de reglage d'au moins une eolienne comportant : - un capteur (50A) configure pour obtenir au moins une mesure de Ia vitesse du vent (VMtM) a un instant de mesure (tM) et a une localisation de mesure (LOCH) ; - une unite (50B) d'estimation d'une vitesse (VEto) du vent, dite « vitesse 5 estimee », a un instant cible (k) et a une localisation cible (LOCO) en fonction de ladite au moins une mesure (VMt), Ia localisation cible (LOCH) etant a proximite geographique de Ia localisation de ladite au moins une eolienne ; et - une unite (50C) de controle configuree pour permettre le reglage d'au moins un composant de ladite au moins eolienne audit instant cible (to), avec une valeur de 10 reglage (VR) determinee en fonction de ladite vitesse estimee (VEto). 8. Dispositif (51) de reglage selon Ia revendication 7, caracterise en ce qu'iI comporte une unite (50D) d'envoi d'une commande (COM) a ladite au moins une eolienne (101), ladite commande (COM) comportant au moins une information 15 permettant a ('eolienne d'obtenir Ia dite valeur de reglage (VR) et ledit instant cible (k). 9. Eolienne (100) comportant un dispositif de reglage (50) selon Ia revendication 7. 20 10. Eolienne (100) suivant Ia revendication 9 caracterise en ce que ledit capteur est situe sur un mat (20) de ladite eolienne (100). 11. Systeme (500) de reglage d'au moins une eolienne (101) comportant : - au moins un dispositif de reglage (51) selon Ia revendication 8 ; et 25 - au moins une eolienne (101), chaque eolienne (101) comportant une unite de reception (102) d'au moins une commande (COM) envoy& par ledit au moins un dispositif de reglage (51) et une unite de controle (103) configuree pour regler au moins un composant (10) de ladite eolienne (101) a un instant cible (k) et selon une valeur de reglage (VR) obtenus a partir de ladite au moins une commande (COM). 30 12. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour ('execution des &apes du procede d'un procede de reglage selon rune quelconque des revendications 1 a 6.