Brevet FR3088495A1 — publié le 20200515

PROCEDES DE DETERMINATION DES PARAMETRES DE PILOTAGE DE N GENERATEURS ELECTRIQUES, PROCEDE DE PILOTAGE DE N GENERATEURS ET SYSTEME METTANT EN OEUVRE LESDITS PROCEDES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de l'invention est celui du pilotage d'une pluralité de générateurs électriques. La présente invention concerne un procédé de détermination des paramètres de pilotage de N générateurs électriques, un procédé de pilotage de N générateurs et un système mettant en oeuvre lesdits procédés. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION De manière générale, lorsqu'un micro réseau est alimenté par une pluralité de générateurs électriques, il est connu de contrôler manuellement l'activation et la désactivation des générateurs électriques en fonction de la puissance demandée sur le réseau. Plus précisément, en fonction de cette puissance demandée, un opérateur va décider du nombre de générateurs à allumer. Dans des procédés automatisés, l'opérateur fixe un seuil au-delà duquel un générateur donné va s'activer ce qui permet de répondre de manière automatique à une modification de la puissance demandée. Cette stratégie comporte cependant quelques inconvénients. Tout d'abord, elle ne prend pas en compte la courbe de rendement du générateur électrique (autrement dit la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite) ce qui ne permet pas d'optimiser la consommation en carburant. De plus, elle ne prend pas en compte la température des générateurs, ce qui peut conduire à un échauffement desdits générateurs pouvant conduire à une dégradation voire à des problèmes de sécurité incendie. Enfin, elle ne permet pas de tenir compte d'une puissance de réserve facilement mobilisable nécessaire dans certaines applications. Il existe donc un besoin d'un procédé de pilotage permettant de tenir compte du rendement de chaque générateur et de prendre en compte leur température tout en s'assurant qu'une puissance de réserve est disponible. 2 RESUME DE L'INVENTION L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de fournir des consignes de pilotage qui sont fonction d'une puissance demandée et d'une puissance de réserve, et qui prennent en compte le rendement 5 des générateurs voire la température de ces derniers. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination des paramètres de pilotage de N générateurs électriques à un instant t, ledit procédé comprenant, pour une puissance demandée Ptot(t) = Pi(t) à un instant t avec Pi(t) la puissance électrique fournie par le générateur électrique i à 10 l'instant t et une puissance de réserve donnée Preserve(t) fi(P;(t)) x Pi(t)) - (137` (t)) x (t) 1 k PT ot (t) L-11=1 PT ot(t) 1=1 Autrement dit, on cherche la ou les répartitions de puissances qui permettent de minimiser la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite sfc(t). 14 Il est possible d'illustrer cette sous-étape SE3 en se replaçant dans l'exemple précédemment exposé. Dans cet exemple, à l'issue de la sous-étape SE2 de calcul, une pluralité de valeurs de la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite sfc(t) est obtenue, chacune de ces valeurs étant associée à une 5 répartition de puissance pouvant être mise sous la forme d'un triplet de puissances (P1(t),P2(t),P3(t)). Il est donc possible de déterminer la valeur la plus faible de la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite parmi la pluralité de valeurs. Cette valeur correspond à min (" E,N fi(Pi(t)) x Pi(t)) et PTot = peut être associée à une ou plusieurs répartitions de puissances (ou à un ou 10 plusieurs triplets de puissances). Autrement dit, les puissances formant le ou les triplets de puissances associés à cette valeur la plus faible correspondent aux puissances optimales Prt(t). Dans l'exemple choisi et en considérant la configuration (1,1,0), si l'on suppose que la fonction fi(x) est monotone décroissante, deux triplets (piopt, p2opt, p3opt) minise la consommation de carburant 15 par unité d'énergie électrique produite : (1,0.5,0) et (0.5,1,0). Bien sûr, le résultat peut être repris pour les deux autres configurations ((0,1,1) et (1,0,1)) du profil d'activation 6(t). Ainsi, pour l'exemple choisi, la mise en oeuvre du procédé selon un premier aspect de l'invention a permis de déterminer la puissance optimale Prt de chaque générateur électrique i permettant de respecter la demande en 20 puissance Ptot(t), la réserve de puissance Pi.eserve(t) et de minimiser la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite sfc. Plus particulièrement, en prenant en compte toutes les configurations possibles (61(t) ... 61(t) SN(t)) du profil d'activation 6(t), la puissance (plopt, p2opt, p3pt) est égale à (1,0.5,0), (0.5,1,0), (0,0.5,1), (0,1,0.5), (1,0,1.5) ou (0.5,0,1). 25 Dans un mode de réalisation, chaque générateur est associé à une puissance minimale Pimin. Autrement dit, la puissance fournie p(t) par chaque générateur est comprise entre Prin et Pimax. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté aux cas où un niveau de production minimum est requis par exemple lors de l'utilisation de groupes électrogènes. Dans ce cas-là, lorsque la puissance 15 fournie Pi(t) par chaque générateur actif est variée de sorte à obtenir une pluralité de valeurs, cette variation est effectuée en respectant la puissance minimale Piniax. Dans un mode de réalisation, chaque générateur électrique i est associé à une température Ti(t). De plus la variation de cette température à l'instant t est donnée 5 par=ni(t)= gi(Pi(t), T;(0) où ex, y) est une fonction qui donne la variation de dt température du générateur i en fonction de la puissance x fournie par ledit générateurs et de la température y dudit générateur. En effet, la conversion d'un carburant en énergie électrique dégage en général de la chaleur qui conduit à un échauffement du générateur lui-même. Il est alors important de tenir compte de cet 10 échauffement dans la détermination de la puissance optimale de sorte à ne pas endommager le générateur en question. Un exemple de tracé de la température en fonction du temps t pour une puissance donnée x; est illustré en figure 5. Dans un mode de réalisation, chaque générateur i est également associé à une température maximale Tir" 15 Dans un mode de réalisation, lors de la sous-étape SE3 de détermination de la répartition de la puissance électrique Pi(t) fournie par chaque générateur, lorsque plusieurs répartitions optimales sont déterminées, la répartition ou les répartitions retenues sont celles qui attribuent à chaque générateur électrique i une puissance électrique Pi(t) inversement proportionnelles à la température Ti(t) dudit générateur 20 électrique i lorsque de telles répartitions sont possibles. Par exemple si deux répartitions de la puissance électrique (131(0, P2(0, P3 (0) = (0.8,0.6,0) ou (0.6,0.8,0) existent, et que la température du premier générateur est supérieure à la température du deuxième générateur (i.e. T1(t) > T2(0), alors la deuxième répartition (0.6,0.8,0) sera choisie. 25 Dans un mode de réalisation, lors de la sous-étape SE3 de détermination de la répartition de la puissance électrique Pi(t) fournie par chaque générateur, lorsque plusieurs répartitions optimales sont déterminées, la répartition ou les répartitions retenues sont celles qui permettent de minimiser la température maximale atteinte par chaque générateur électrique i pour un horizon donné t + H où H est la durée 30 séparant l'instant t de l'horizon considéré. Autrement dit, la ou les répartitions 16 retenues sont celles dont les puissances fournies P;(0 attribuées à chaque générateur i sont conformes à la relation suivante P;(0 e Pi*: Min (max (Ti(Pi(t + H)))) où H est l'horizon choisi et P( est la puissance optimale pour le générateur i. Comme cela vient d'être détaillé, un procédé 100 selon un premier aspect de 5 l'invention permet d'obtenir une répartition optimale de la puissance afin de minimiser la consommation en carburant. Cependant, cette optimisation a un coût : l'adoption de puissances fournies P;(0 très disparates entre générateurs. Si de telles disparités ne présentent pas de problème lorsqu'elles se produisent sur de coudes périodes, elles peuvent en revanche, si elles sont maintenues trop 10 longtemps, engendrer des problèmes d'appels de puissance trop importants pour certains groupes G1,G2,G3. Un moyen de s'affranchir de ce désavantage est de n'adopter une telle répartition que lorsque cette dernière présente un avantage substantiel relativement à une répartition de puissance équitable. Pour rappel, on entend par répartition équitable une répartition de la puissance P;(0 entre 15 générateurs activés telle que pour tout générateur activé ij l'égalité suivante est vérifiée - Pj") ax prx- Pour cela un deuxième aspect de l'invention illustré à la figure 6 concerne un procédé 200 de détermination des paramètres de pilotage de N générateurs électriques à un instant t. Le procédé est fonction d'une puissance 20 demandée Ptot(t) = Pi(t) à un instant t avec Pi(t) la puissance électrique fournie par le générateur électrique i à l'instant t et une puissance de réserve Preserve(t) E71(Prax Pi(t)) x 8 i(t) à un instant t avec Prax la puissance maximale que peut développer le générateur électrique i et 6;(t) le coefficient d'activation du générateur électrique i qui vaut 1 lorsque ledit générateur électrique 25 est allumé et 0 lorsque ledit générateur électrique est éteint. Le schéma de la figure 1 s'applique donc également à un procédé selon un deuxième aspect de l'invention. Le procédé 200 selon un deuxième aspect de l'invention comprend une 17 étape 2E1 de détermination de la puissance optimale Prit(t) à l'instant t associée à chaque générateur électrique i de sorte à minimiser la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite s f c(t) = p,01;(0E,N=1 ft(Pi(t)) x P1(t) avec fi (x) la fonction donnant la consommation en carburant du générateur 5 électrique i pour la puissance électrique x noté s f c"t . Comme expliqué auparavant et détaillé dans la description d'un procédé selon un premier aspect de l'invention, l'optimisation des puissances conduit généralement à une répartition inéquitable des puissances Pi(t). Le procédé 200 comprend ensuite une étape 2E2 de détermination de la 10 consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite s f c(t) = 1 EN_'-1 f (Mt)) x Pi(t) associée à une répartition équitable de la puissance Ptat(0 électrique fournie par chaque générateur et notée sfceq, ladite répartition étant telle que P1(t) REVENDICATIONS1. Procédé (100) de détermination des paramètres de pilotage de N générateurs électriques à un instant t, ledit procédé comprenant, pour une puissance demandée Ptot(t) = EN 1 Pi(t) à un instant t avec Pi(t) la puissance électrique fournie par le générateur électrique i à l'instant t et une puissance de réserve P'','(t) Eltv_1(Prax - Pi(t)) x 81(t) à un instant t avec Prax la puissance maximale que peut développer le générateur électrique i et i(t) le coefficient d'activation du générateur électrique i qui vaut 1 lorsque ledit générateur électrique est allumé et 0 lorsque ledit générateur électrique est éteint, une étape de détermination de la puissance optimale Pr(t) à l'instant t associée à chaque générateur électrique i de sorte à minimiser la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite sfc(t) =&m -fi(Pt(t)) x Pi(t) avec ft(x) la fonction at donnant la consommation en carburant du générateur électrique i pour la puissance électrique x. 2. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel l'étape de détermination de la puissance optimale Prt(t) à l'instant t associée à chaque générateur électrique i comprend : - une sous-étape (SE1) de détermination d'un profil d'activation 5(t) permettant de respecter la relation P - eserve(t) E-r-i(Prinax 1i(0) X Si(t) et correspondant au nombre de générateurs électriques activés le plus faible, ladite détermination étant effectuée en supposant une répartition équitable de la puissance électrique produite Pi" par chaque générateur électrique i ; une sous-étape (SE2) de calcul, pour une pluralité de répartitions de la puissance fournie Pi(t) par chaque générateur électrique i compatible avec le profil d'activation S(t) déterminé et respectant l'égalité P't(t) = E7_,Pi(t), de la consommation de carburant par unité d'énergie électrique produite s f c(t) =fi(Pi(0) x Pi(t) ; 25 5 une sous-étape (SE3) de détermination de la répartition de la puissance électrique Pi(t) fournie par chaque générateur, dite puissance optimale Pr (t) telle que mitt(Eivi: fi(Pi(0) x Pi(t)] = 1 EN: 1 I f (P°Pt(0) Prt(t) de sorte à obtenir au moins une Prot(t) t- répartition optimale des puissances. 3. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel chaque générateur i est associé à une puissance minimale Prin . 4. Procédé (100) selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque générateur électrique i est associé à une température Ti(t), la 10 vairation de cette température à l'instant t étant donnée par P = g i(Pi(t),Ti(0) où gi(x, y) est une fonction qui donne la variation de température du générateur i en fonction de la puissance x fournie par ledit générateur i et de la température y dudit générateur, ladite température étant prise en compte lors de la détermination des paramètres de pilotage. 15 5. Procédé (100) selon la revendication précédente et la revendication 2 dans lequel, lors de la sous-étape (SE3) de détermination de la répartition de la puissance électrique Pi(t) fournie par chaque générateur, lorsque plusieurs répartitions optimales sont déterminées, la répartition ou les répartitions retenues sont celles qui attribuent à chaque générateur électrique i une 20 puissance électrique Pi(t) inversement proportionnelles à la température Ti(t) dudit générateur électrique i. 6. Procédé (100) selon la revendication 4 et la revendication 2 dans lequel, lors de la sous-étape (SE3) de détermination de la répartition de la puissance électrique Pi(t) fournie par chaque générateur, lorsque plusieurs répartitions 25 optimales sont déterminées, la répartition ou les répartitions retenues sont celles qui permettent de minimiser la température maximale atteinte par chaque générateur électrique i pour un horizon donné t +1-1 où 1-1 est la durée séparant l'instant t de l'horizon considéré. 26 7. Procédé (300) de pilotage de N générateurs électriques comprenant une première étape de mise en oeuvre d'un procédé de détermination des paramètres de pilotage de N générateurs électriques selon l'une des revendications précédentes et une deuxième étape d'envoie des paramètres 5 ainsi déterminés auxdits N générateurs électriques. 8. Procédé (400) de pilotage de N générateurs électriques comprenant une première phase (PI) d'initial isation lors de laquelle le procédé selon l'une des revendications 1 à 6 est mis en oeuvre une pluralité de fois, chaque mise en oeuvre étant effectuée avec des valeurs de puissance demandée Pica(t) et 10 de puissance de réserve Preserve(0 différentes de sorte à obtenir ladite table de correspondance et une deuxième phase (PP) de pilotage lors de laquelle des paramètres de pilotage sont envoyés auxdits N générateurs électriques, lesdits paramètres de pilotage étant déterminés à l'aide de la table de correspondance. 15 9. Système de pilotage comprenant des moyens de mettre en oeuvre les étapes du procédé (100, 300, 400) selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre les étapes du procédé (100, 300, 400) selon l'une des 20 revendications 1 à 8. 11. Support de données lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication 10.