Brevet FR3090829A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Procédé de détermination d'une consigne minimale préférentielle de puissance, Procédé de pilotage d'une pluralité de chauffe-eaux et dispositif associé Domaine technique 100011 Le domaine technique de l'invention est celui du pilotage de la consommation d'eau chaude à des fins de maximisation de l'autoconsommation d'énergie renouvelable. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de détermination d'une consigne minimale préférentielle de puissance ainsi qu'un procédé de pilotage d'une pluralité de chauffe-eaux sur un réseau comportant une pluralité de consommateurs 1. Elle concerne également un dispositif mettant en oeuvre de tels procédés. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION 100021 Dans le cadre de la production électrique renouvelable, par exemple à l'aide de panneau photovoltaïque, il est connu de piloter individuellement chaque installation de sorte à satisfaire la demande de chaque consommateur tout en maximisant la consommation de l'énergie produite localement. Cependant, il peut être avantageux de gérer la production, non plus de manière individuelle, mais de manière collective en répartissant l'énergie produite localement entre différents consommateurs en fonction des besoins. A cette fin, il est possible de compléter l'installation par des batteries ou toute autre forme de stockage de sorte à maximiser l'utilisation de l'énergie produite localement. Cependant, afin de limiter l'usage de batterie, il est également possible d'utiliser les équipements électriques de production d'eau chaude en assimilant ces derniers soit à une charge électrique qui va donc consommer de l'énergie, soit à un moyen de stockage de la chaleur (ou moyen de stockage thermique) qui va donc stocker dc l'énergie. Un tel système peut donc être piloté à l'aide de deux consignes : l'activation ou la désactivation de la consommation électrique lié au chauffage de l'eau ou une consigne de température dc l'eau chaude. [0003] Dc manière générale, les chauffe-eaux électriques peuvent présenter plusieurs com- partiments ou plusieurs résistances positionnés à différentes hauteurs du chauffe-eau, de manière à apporter de la modularité dans le chauffage dc l'eau et à fournir la possibilité de piloter la consommation et la température pour des volumes d'eau différents. Lorsque l'on cherche à optimiser la production et la consommation d'eau chaude, il est nécessaire de prendre en compte les prévisions de production ou de consommation ainsi que des informations concernant l'état de chaque consommateur (nombre d'occupant associé au consommateur, consommation d'eau chaude passée, etc.). Dc plus, il est nécessaire de tenir compte de la notion de besoin et de confort. 2 100041 Pour cela, les compteurs communicants modernes, tels que le compteur Linky, permettent de communiquer en temps réel la consommation électrique à des fins de pilotage intelligent des installations électriques. Par exemple, le document FR 3 033 394 Al présente un système de gestion de chauffe-eau avec une installation photovoltaïque dédiée qui permet d'absorber l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques sous forme thermique dans le ou les chauffe-eaux de l'installation. Le système utilise en outre les prévisions météorologiques de sorte à déterminer si le chauffe-eau doit utiliser l'énergie fournie par les panneaux photovoltaïques (charge diurne) ou au contraire utiliser l'énergie du réseau auquel est relié le système (charge nocturne). De même le système est présenté dans « Using Electric Water Heaters (EWHs) for Power Balancing and Frequency Control in PV-Diesel Hybrid MiniGridsK » ; Elamari et al, World Energy Renewable Congress 2011, Sweden qui décrit une stratégie de gestion des chauffe-eau dans le cadre de la gestion de fréquence dans un microréseau. [0005] De manière générale, le pilotage d'une installation peut donc se faire de deux manières différentes. La première repose sur une répartition équilibrée. Elle présente l'avantage de ne nécessiter que peu de données, mais elle ne permet pas un pilotage optimal, c'est-à-dire un pilotage maximisant la consommation de l'énergie produite localement. La deuxième repose sur une répartition optimale calculée à l'aide de méthodes mathématiques issues de la recherche opérationnelle nécessitant la prévision de la consommation électrique des différents consommateurs ainsi que la prévision de production locale. Elle repose donc sur des prévisions consistant en de longues séries de données sur toute une période de production/consommation (typiquement une journée) qui présentent souvent un niveau d'erreur non négligeable entrainant soit une insatisfaction du consommateur en termes de confort et/ou de besoin, soit un pilotage sous-optimal. [0006] Il existe donc un besoin d'un procédé permettant d'obtenir un pilotage optimal sans pour autant avoir recours à des séries de données complexes. Résumé de l'invention [0007] L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un procédé de pilotage ne nécessitant pas de prévisions de production, mais générant des consignes en se basant sur des données relatives la période de production en cours. [0008] Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination d'une consigne minimale préférentielle de puissance par un consommateur i, ledit consommateur comprenant un chauffe-eau électrique, ledit procédé comprenant : - une étape de détermination de l'état du consommateur 1 à un instant k ; une étape de détermination d'une consigne minimale de puissance 3 c dmn ( - , k \ à l'instant k en fonction de l'état du consommateur 1 déterminé lors de l'étape de détermination de l'état du consommateur 1 à un instant k ; une étape de détermination d'une consigne minimale de puissance unir, -, (1 k + 1 : K ) aux instants k + 1 à K en fonction d'un état du consommateur i prévisionnel estimé à partir de l'état du consommateur i déterminé lors de l'étape de détermination de l'état du consommateur i à un instant k ; une étape de détermination d'une consigne minimale préférentielle de puissance pnlin -Prell -l K 1_1 en fonction de la consigne minimale de puissance kI p111111 k) picnin (i, k 1 : K ) aux instants k + 1 à K. [0009] Ainsi aucune prévision de production n'est nécessaire à la détermination d'un consigne de pilotage, cette détermination s'effectuant sur la hase de données relatives la période de production en cours. [0010] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination de l'état du consommateur 1 à l' instant k comprend : une sous-étape d'acquisition de la puissance P(1, k) consommée par le chauffe-eau du consommateur "I à l'instant k ; une sous-étape de détermination du nombre de personnes Per(i.' k) à l'instant k associé audit consommateur 1. [0011] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination de la consigne minimale de puissance p1919 k) à l'instant k comprend : une sous-étape de détermination de la quantité d'eau chaude minimale Eau g(1, 1 : nécessaire à l'instant k en fonction du nombre de personnes Per (1, k) associé au consommateur 1 ; une sous-étape de détermination d'une consigne minimale de puissance pnen(i, k) à l'instant k en fonction de la quantité d'eau chaude Eaumin (i, 1 k) nécessaire à l'instant k déterminée à la sous-étape précédente. [0012] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination de la consigne minimale de puissance purai k 1 : K) aux instants k + 1 à K comprend : une sous-étape de détermination de la quantité d'eau chaude prévisionnel Eau prev (1, k H_ 1 : K ) consommée aux instants k + 1 à K en fonction d'un nombre de personnes associé audit consommateur 1 à l'instant k et de la consigne minimale de puissance Per (i, k + 1, K) dans lequel Per+ I(ik ) =min (Per (i, k) +1, N1) avec NI le nombre maximal de personnes associé audit consommateur 1 ; une sous-étape de détermination de la consigne minimale de puissance pirun k + 1 : K) aux instants k + 1 à K en fonction de la quantité d'eau chaude prévisionnelEau"rev(i, + 1 :K) déterminée lors de la sous-étape précédente. [0013] Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de pilotage d'une pluralité de chauffe-eaux sur un réseau comportant une pluralité de consommateurs 1, chaque consommateur 1 de la pluralité de consommateurs 1 comprenant un chauffe-eau de la pluralité de chauffe-eaux, ledit procédé comprenant : - une étape de réception, pour chaque consommateur / de la pluralité de consommateurs 1, d'une consigne minimale préférentielle de puissance min _prefir, , K \ '- u ) pour chaque consommateur i de la pluralité de consommateurs ï, une étape de détermination d'une consigne de puissance Pc(i, k) à l'instant k en fonction de la consigne minimale préférentielle de puissance Pc min _pref(i, k). [0014] Dans un mode de réalisation, le procédé selon un deuxième aspect. de l'invention comprend, avant étape de réception, pour chaque consommateur 1 de la pluralité de consommateurs 1, une étape de mise en oeuvre d'un procédé selon un premier aspect de l'invention de sorte à obtenir, pour chaque consommateur 1, une consigne minimale préférentielle de puissance min f Pe u' [0015] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination d'une consigne de puissance k) à l'instant k comprend : une sous-étape de détermination de la modulation électrique optimale à l'instant k ; une sous-étape de détermination d'une consigne de puissance optimale bc oPti.; 1',} correspondant à la répartition de la modulation parmi chaque / consommateur 1, ladite répartition étant effectuée proportionnellement aux consignes minimales préférentiellemin -Prefi- ; PC k) une sous-étape de détermination de la consigne de puissance Pcji, k), ladite consigne de puissance Pc(i, k) à l'instant k étant égale au maximum entre la consigne de puissance optimale n'in k) et la consigne minimale préfé- r, - k), [0016] Dans un mode de réalisation, l'étape de détermination d'une consigne de puissance Pc(i, k) à l'instant k comprend : une sous-étape de détermination de la modulation électrique optimale à l'instant k ; une sous-étape de détermination d'une consigne de puissance optimale k) correspondant à la maximisation de la relation suivante : E S ( k) n ( k ) S(i,k) cst la satisfaction du consommateur i à l'instant k avec S - 1 lorsque la satisfaction est maximale et S - lorsque la satisfaction est minimale et n(i,k) le rendement d'utilisation de la puissance déterminé à l'aide de la formule suivante : nCi,k) = ePc°15'0, si r r...) P(i, , 0 si PO, une sous-étape de détermination de la consigne de puissance pc@,147), ladite consigne de puissance pe(j k) à l'instant k étant égale au maximum entre la consigne de puissance optimale FioPtri if, et la consigne minimale préfé- rentielle rentielle pn:Lin_Pref(i) k). [0017] Un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif comprenant des moyens pour mettre en oeuvre un procédé selon un premier ou un deuxième aspect de l'invention. [0018] Un quatrième aspect de l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif selon un troisième aspect de l'invention à exécuter les étapes du procédé selon un premier ou un deuxième aspect de l'invention. [0019] 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 l'invention. [0020] 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. Brève description des dessins [0021] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. [0022] [fig.1] montre un ordinogramme d'un procédé selon un premier aspect de l' invention. [0023] [fig.2] montre un ordinogramme d'un procédé selon un deuxième aspect de l' invention. 6 Description des modes de réalisation [0024] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. [0025] Dans la suite, la notation détaillée ci-après sera utilisée. [0026] Chaque consommateur est associé à un index 1, ledit index étant tel que!. E [1.., IL avec 1 le nombre de consommateurs total. [0027] Chaque plage de temps de la période de production/consommation est. associée à un indice k, ledit indice étant tel que k e [ 1, K [ , avec k le nombre total de plages de temps durant la période de production/consommation. De plus, chaque plage de temps a une durée de temps de sorte que K X est égal à la durée de la période de production/consommation. Dans la suite, l'expression « instant k » sera utilisée pour désigner la plage de temps k. Par exemple, LI peut être égal à une minute et K égal à 1440, ce qui correspond à une période de production de 24h. [00281 La puissance consommée par le chauffe-eau du consommateur 1 à l'instant k est noté k). De plus, la puissance consommée par le chauffe-eau du consommateur entre les instants kj et k2 est noté p(i, ki : k9) et correspond à un vecteur dont les coordonnées sont la puissance consommée par le chauffe-eau du consommateur 1 durant les instants ki à k2. Par exemple, le vecteur P(i , 1: 3) est équivalent au vecteur ( .p(i1),P(i, 2 ), P (i, 3 ) ). [0029] La température du chauffe-eau du consommateur 1 à l'instant k est notée T(1, k). De plus, la température du chauffe-eau du consommateur i entre les instants kj et k2 est noté Ta., kt : k2) (il s'agit là encore d'un vecteur). [0030] La puissance de consigne donnée au chauffe-eau du consommateur 1 à l'instant k est notée k). De plus, la puissance de consigne donnée au chauffe-eau du consommateur 1 entre les instants k1 et k2 est noté ptcnin k1 ) (il s'agit là encore d'un vecteur). [00311 Le nombre de personnes associé à un consommateur ! à l'instant k est noté Per(i, k). Ce nombre de personnes est toujours tel que 0 'Q = E 0 S1 P(1, k) = 0 [0082] Bien entendu, la maximisation est effectuée en s'assurant que l'inégalité po, 17.) p',,'2', k) est respectée pour chaque consommateur L A l'issue de cette maximisation, chaque consommateur i est associé à une puissance de consigne optimale poPtOE k à l'instant k permettant d'optimiser la satisfaction de cc dernier. 100831 Dans un mode de réalisation, l'étape 2E2 de détermination d'une consigne de puissance peu k) à l'instant k comprend une sous-étape 2E23 de détermination de la consigne de puissance p k), ladite consigne de puissance p (i k) à l'instant k étant le maximum entre la consigne de puissance optimale p °PH (qui correspond à la modulation répartie entre les différents consommateurs i) et la consigne minimale préférentielle Pealin-Pref(i, k). On s'assure ainsi que la consigne minimale préférentielle est toujours respectée. [0084] Un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif comprenant les moyens pour mettre en oeuvre un procédé 100 selon un premier aspect de l'invention. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour mesurer la consommation électrique po k) d'un chauffe-eau ainsi que la température d'eau T(i,k) dudit chauffe- 14 eau. Le dispositif comporte en outre un moyen de calcul (par exemple un processeur) associé à une mémoire (par exemple une mémoire RAM) ladite mémoire étant configure° pour stocker les instructions ainsi que les données nécessaires à l'exécution d'un procédé 100 selon un premier aspect de l'invention. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte également des moyens de communication (par exemple des moyens permettant d'établir une communication CPL) de sorte que ledit dispositif peut échanger des données avec un système de gestion distant. [0085] Un quatrième aspect de l'invention concerne un système de pilotage comprenant les moyens pour mettre en oeuvre un procédé 200 selon un deuxième aspect de l'invention. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte un moyen de calcul (par exemple un processeur) associé à une mémoire (par exemple une mémoire RAM), ladite mémoire étant configure° pour stocker les instructions ainsi que les données nécessaires à l'exécution d'un procédé 200 selon un deuxième aspect de l'invention. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte également des moyens de communication (par exemple des moyens permettant d'établir une communication CPL) de sorte que ledit système peut échanger des données avec un ou plusieurs dispositifs distants, chaque dispositif distant correspondant à un consommateur. [Revendication 1]