Brevet FR3100397A1 — publié le 20210305

Description Titre de l'invention : Procédé de gestion d'un système hybride renouvelables/groupes électrogènes et dispositif associé Domaine technique [0001] Le domaine technique de l'invention est celui de la gestion des systèmes d'énergie hybrides. [0002] La présente invention concerne un procédé de gestion d'un système hybride et en particulier un procédé de gestion prenant en compte l'aspect potentiellement intermittent de la disponibilité d'un réseau électrique sur lequel est connecté le système hybride. La présente invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION [0003] Dans les régions avec une disponibilité du réseau électrique intermittente, les groupes électrogènes sont souvent utilisés grâce à leur facilité de mise en oeuvre et leur robustesse face aux conditions climatiques diverses. Cependant, le coût du carburant, les difficultés rencontrées pour son approvisionnement ainsi que les exigences croissantes concernant les émissions de CO2 incitent à diminuer leur utilisation dans ces systèmes. Avec la baisse du coût de production des énergies renouvelables telles que le photovoltaïque et les avancées technologiques dans ce domaine, les systèmes hybrides renouvelable/groupes électrogènes sont de plus en plus déployés dans les régions en question. [0004] Les sources d'énergie renouvelables variables telles que l'énergie photovoltaïque ou éolienne étant des sources intermittentes qui peuvent varier fortement, une réserve de puissance est nécessaire à tout moment afin d'assurer la stabilité du système complet et de palier aux brusques variations de la puissance en énergie renouvelable. Cette réserve est généralement assurée par le fonctionnement des groupes électrogènes qui sont activés pour assurer la stabilité du système complet mais opèrent la plupart du temps en dessous de leurs points de production optimaux. En effet, ils doivent être allumés et fonctionner à faible puissance pour pouvoir à n'importe quel instant fournir la puissance nécessaire pour palier à une chute de la production d'énergie renouvelable. La réserve du système complet est ainsi assurée par la puissance rapidement mobilisable que peuvent délivrer les groupes électrogènes allumés. Ce mode de fonctionnement permet de garantir la stabilité du système avec une gestion simple, mais il limite la quantité de l'énergie renouvelable utilisée dans le système et n'est pas optimal en termes de consommation de carburant. 100051 La majorité des systèmes de gestion de systèmes hybrides commercialisés 2 récemment se basent uniquement sur la régulation à la baisse de l'énergie, en particulier de l'énergie photovoltaïque. Ceci permet de limiter la variation de cette source intermittente et laisser en fonctionnement les groupes électrogènes à une puissance minimum afin qu'ils puissent réagir rapidement pour maintenir le système stable. Autrement dit, la production photovoltaïque sert de variable d'ajustement. Mais l'inconvénient de cette gestion est qu'elle encourage l'utilisation des groupes électrogènes (ces derniers devant rester allumés pour répondre rapidement à la demande) au détriment de la production photovoltaïque, entrainant une consommation de carburant qui pourrait être évitée. [0006] Afin de réduire l'usage des groupes électrogènes, la collaboration SMA-Reuniwatt propose une solution pour systèmes offgrid (c'est-à-dire non connecté à un réseau électrique) promettant une diminution des coûts opérationnels (c'est-à-dire une réduction de l'utilisation des groupes électrogènes et donc de l'émission de gaz à effet de serre). La gestion d'énergie s'appuie sur l'utilisation des prévisions de production photovoltaïque à court termes pour réduire la puissance de réserve assurée par les groupes électrogènes. Le contrôleur du système hybride va recevoir l'information de l'arrivée des nuages (pour donner un exemple) associée à une chute de production photovoltaïque, l'activation ou la désactivation d'un ou plusieurs groupes électrogènes se faisant selon les besoins ainsi anticipés. La méthode proposée est cependant limitée à l'opération des systèmes hybrides comportant seulement deux types de production électrique : des groupes électrogènes et une production photovoltaïque. [0007] 11 existe donc un besoin d'un procédé de gestion prenant en compte la connexion du système hybride à un réseau électrique et, éventuellement, la présence d'un moyen de stockage de l'énergie. Résumé de l'invention [0008[ L'invention offre une solution au problème évoqué précédemment, en permettant une prise en compte, à travers le calcul d'une puissance de réserve P Ers, de la disponibilité intermittente d'un réseau électrique et de la présence éventuelle d'un moyen de stockage. [0009] Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de gestion d'un système hybride renouvelable/groupe électrogène, ledit système hybride comportant un moyen de production d'énergie renouvelable (par ex. un moyen de production photovoltaïque et/ou éolien) et une pluralité de groupes électrogènes, ledit système étant connecté à un réseau élecnique à la disponibilité intermittente, la gestion du système se faisant en fonction d'une puissance de réserve notée P,,,, prenant en compte ladite intermittence, ledit procédé comprenant : une étape de détermination d'une puissance de réserve comportant : 3 - une sous étape de détermination d'une puissance de réserve de charge (ou de consommation) notée pipi:4d - res - une sous étape de détermination d'une puissance de réserve d'énergie renouvelable notée pRE - rek - une sous étape de détermination d'une puissance de réserve du réseau électrique pGRI i) - res la puissance de réserve »r c., étant donnée par : - Prou F, + P GRID Ares re?S + res r e s - une étape de détermination des états des groupes électrogènes en fonction de la puissance de réserve Prés précédemment déterminée. [0010] On entend par détermination des états des groupes électrogènes le fait de déterminer combien de groupes électrogènes doivent être à l'état allumé afin de pouvoir répondre à la demande (incluant la puissance de réserve). En prenant en compte une puissance de réserve, et notamment une puissance de réserve du réseau électrique, le procédé selon l'invention permet de prendre en compte l'aspect intermittent de la disponibilité du réseau électrique dans la gestion du système hybride. [0011] 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 plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0012] Dans un mode de réalisation, la puissance de réserve de charge pi" s est donnée re par : 10 a it ni, load ( Ares prev '.."1) P loaLl(t -1) 100131 où plaa d est la puissance prévisionnelle de charge à l'horizon de temps h et pre Pload(t - 1) est la dernière valeur connue de la puissance de charge. [0014] Dans un mode de réalisation, la puissance prévisionnelle de charge p 1 0 a d est prev donnée par :pprev lo a parti =Y X Proa ) [0015] où P l P oau est la prévision part de la charge à l'horizon de temps h et Y c! (h) un coefficient de pondération. 100161 Ce mode de réalisation permet une évaluation optimale de la puissance de réserve Pr, nécessaire à une éventuelle variation de la charge. Cependant sa performance est dépendante de la précision de la prévision de consommation. [0017] Dans un mode de réalisation, la puissance prévisionnelle de charge p le)0 d est prev p 10 a d p a r prev -y x max Pload [0018] où Part est la valeur maximale de la prévision parfaite de la charge sur max Prou,/ l'horizon de temps h et Y un coefficient de pondération. [0019] Cc mode de réalisation permet de garder une marge de sécurité dans l'évaluation de la puissance de réserve Pres nécessaire face à une éventuelle variation de la charge et ceci pendant l'horizon du temps h. Elle est donc moins optimale que l'option précédente pour un Y donné. [0020] Dans un mode de réalisation, la puissance prévisionnelle de charge pl o ad est prolv donnée par : p to a d pÜrf prev y x mean Floua [0021] où mean p Tiaartfi est la valeur moyenne de la prévision parfaite de la charge sur Yt Ica l'horizon de temps h et Y un coefficient de pondération. [0022] Ce mode de réalisation permet d'obtenir un compromis entre les deux modes de réa- lisation précédents en lissant la variation de charge sur l'horizon de temps considéré. [0023] Dans un mode de réalisation, la puissance prévisionnelle de charge pioad est prev donnée par : a d D rn ami - D in a X SI -I i0Ciii(t -1) REVENDICATIONSProcédé (100) de gestion d'un système hybride renouvelable/groupes électrogènes, ledit système hybride comportant un moyen de production d'énergie renouvelable et unc pluralité de groupes électrogènes, ledit système étant connecté à un réseau électrique à la disponibilité intermittente, la gestion du système se faisant en fonction d'une puissance de réserve noté P r «s prenant en compte ladite intermittence, ledit procédé comprenant : une étape (H ) de détermination d'une puissance de réserve comportant : une sous étape (E11) de détermination d'une puissance de réserve de charge notée p 1 DaLl res une sous étape (E12) de détermination d'une puissance de réserve d'énergie renouvelable notée pris - res une sous étape (E13) de détermination d'une puissance de réserve du réseau électrique p G 1.? I D ' S la puissance de réserve Pres étant donnée par l'expression suivante : f0 ad P P + PRE Pr; RID Y S É> S es S une étape (E2) de détermination des états des groupes électrogènes en fonction de la puissance de réserve Prps précédemment déterminée. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel la puissance de réserve de charge p 10 a Li est donnée par l'expression S suivante : 131"d - (h )-P t -1) res prer où p I 0 (I a est la puissance prévisionnelle de charge à l'horizon de prev temps h et pi',,,,(t -1) est la dernière valeur connue de la puissance de charge. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel la puissance prévisionnelle de charge p 10a est donnée par l'expression prev - - - 19 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] suivante : pioad Pli a. prpv -' lima. ri où P ia a ri est la prévision parfaite de la charge à l'horizon de foot! ( h ) temps h et Y un coefficient de pondération. Procédé (100) selon la revendication 2 dans lequel la puissance prévi- sionnelle de charge ploa d est donnée par l'expression suivante : p re to a d part Pres =y X max 13100a où max Pa rf est la valeur maximale de la prévision parfaite de la h ,aa charge sur l'horizon de temps h et Y un coefficient de pondération. Procédé (100) selon la revendication 2 dans lequel la puissance prévisionnelle de charge p I oca d est donnée par l'expression suivante : p H)), pari(' y np Io a d X mea T-ov h où P ir est la valeur moyenne de la prévision parfaite de la me an P h iro a d charge sur l'horizon de temps h et Y un coefficient de pondération. Procédé (100) selon la revendication 2 dans lequel la puissance de prévisionnelle de charge p1 O a ti est donnée par l'expression suivante : prev m ploc {t X a 1 Tt t PM/ Si P load(t - 1) P maint où P1', d - 1) est la dernière valeur connue de la puissance de charge, P nt oit? t- est une valeur seuil permettant de distinguer une phase de production d'une phase de maintenance, p in 'fini est la rn a x valeur maximale de la charge durant la phase de maintenance et p n ° en '2 r est la valeur maximale de la charge durant la phase de in a x production. Procédé (100) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la puissance de réserve d'énergie renouvelable p'' est donnée par res l'expression suivante : - (Pip?hr.,1, ( h ) - PRE(t -1)) où pR est la production d'énergie renouvelable prévue à l'horizon Prit' 20 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] de temps h et P RE (( 1) est la dernière valeur connue de la production d'énergie renouvelable. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel pRE ( h ) est donnée par l'expression suivante : prey PRL (h ) =Ô x PePj (h rrev où ô est un coefficient et p "PP.! (h ) est la prévision parfaite de R( production d'énergie renouvelable à l'horizon de temps h Procédé (100) selon la revendication 7 dans lequel pRE ( h ) est pre donnée par l'expression suivante : Pei': (h ) x min /3i7P1' ( h ) Aret où ô est un coefficient et min 1:,`'; :PT ( h ) est la valeur k minimale de la prévision parfaite de production d'énergie renouvelable à l'horizon de temps h Procédé (100) selon l'une des revendications précédentes dans lequel la puissance de réserve du réseau électrique p G R il) est donnée par f" s l'expression suivante : GRIDcRID I n Ares = rire, P GRID (t 1) où p GRID est la puissance prévisionnelle de la grille, prev PGR/D - 1) est la dernière valeur connue de la puissance disponible issue du réseau électrique. Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel la puissance prévisionnelle du réseau électrique est. donnée par l'expression suivante : GRID a v ail Pprev = GRIDpre v x P GRID (t -1) où p GR m (t - 1) est la dernière valeur connue de la puissance issue du réseau électrique et GRID av "" est une prévision de dispo- pre nibilité du réseau électrique, ladite disponibilité étant donnée par : thr 0, avait(h)