Brevet FR3088455A1 — publié le 20200515

PROCEDE DE DETERMINATION D'UN MODELE ELECTRIQUE D'UNE CHAINE DE MODULES PHOTOVOLTAÏQUE, PROCEDE DE DIAGNOSTIC ET DISPOSITIF ASSOCIES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de l'invention est celui du diagnostic des chaines de modules photovoltaïques. La présente invention concerne un procédé de détermination d'un modèle d'une chaine de modules photovoltaïques et en particulier un procédé qui prend en compte l'effet de dérivation. La présente invention concerne également un procédé de détection d'une anomalie dans une chaine de modules photovoltaïques. 10 ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Il est connu de diagnostiquer le bon fonctionnement d'un module photovoltaïque en considérant sa courbe I(V) (mesure du courant en fonction de la tension appliquée). Ce diagnostic est le plus souvent effectué à partir de mesures de « flash-test », c'est-à-dire de mesure I(V) en condition standard. Cependant, lorsque l'on cherche 15 à diagnostiquer des modules sur site, l'analyse ne concerne plus nécessairement des modules unitaires mais bien souvent des chaines de plusieurs modules. De plus, on peut se trouver confronté à des types de défauts beaucoup plus variés tels que la présence d'ombrage par exemple. Plus particulièrement, il arrive que la courbe I(V) d'un module ou d'une chaine de module présente une inflexion. Cette 20 inflexion se produit quand une partie de la chaine fonctionne dans un mode moins favorable. Dans ce cas, des diodes de dérivation (ou diodes de « by-pass ») introduite dans les modules à cet effet, rend la partie de la chaine « défaillante » indépendante du reste du système pour éviter qu'il soit impacté en totalité. Un tel évènement se produit par exemple en cas d'ombrage partiel de la chaine, dans le 25 cas de salissure non homogène sur la chaine, en cas de défaut localisé (comme un hotspot), etc. Dans la présente description, l'ensemble de ces cas sont regroupés sous le terme de « avec dérivation ». 2 L'effet d'une dérivation sur la courbe IN) d'une chaine de module et sur le modèle électrique équivalent à une diode (noté « modèle équivalent » dans la suite) qui la modélise est bien connu et documenté dans Batzelis, E. I., Georgilakis, P. S., & Papathanassiou, S. A. (2014) ; Energy models for photovoltaic systems under partial shading conditions: a comprehensive review. IET Renewable Power Generation, 9(4), 340-349. En revanche, aucune méthode ne permet d'estimer les paramètres d'un modèle de la courbe I(V) intégrant une possible dérivation à partir d'un ensemble de mesures et d'effectuer un diagnostic à partir de cette estimation. Dans Batzelis, E., & Papathanassiou, S. A. (2016). An Algorithm to Detect Partial Shading Conditions in a PV System ; In Materials Science Forum (Vol. 856, pp. 303-308), il est proposé une méthode permettant de détecter la présence d'une dérivation mais cette dernière ne permet pas de réaliser un diagnostic de la chaine de modules mesurée. Dans Jordehi, A. R. (2016). Parameter estimation of solar photovoltaic (PV) cells: a review ; Renewable and Sustainable Energy Reviews, 61, 354-371, une méthode s'appuyant sur des modèles équivalents pour le diagnostic de chaines (supposées non-dérivées) est proposée. Cependant, il n'existe aucune solution permettant d'effectuer les deux taches : à savoir la détermination d'un modèle équivalent y compris en présence d'une dérivation. Notons que l'utilisation séquentielle des deux méthodes évoquées précédemment n'est pas satisfaisante car elle ne permet pas de fournir d'information sur les paramètres du modèle équivalent (et donc de diagnostic autre que « présence d'une dérivation ») en cas d'ombrage partiel par exemple. Dans El Basri, Y., Bressan, M., Seguier, L., Alawadhi, H., & Alonso, C. (2015). A proposed graphical electrical signatures supervision method to study PV module failures ; Solar Energy, 116, il est proposé une méthode dans laquelle la dérivée et la dérivée seconde de la courbe IN) sont considérées. L'analyse de ces deux courbes est utilisée pour proposer un diagnostic distinguant en particulier les cas de bon fonctionnement des cas où il y a présence d'une dérivation (cas d'ombrage en particulier) et des cas d'augmentation significative de la résistance-série. Il est cependant utile de noter qu'aucune estimation de paramètres du modèle équivalent n'est proposée (à plus forte raison en présence d'une dérivation) et que la méthode 3 proposée dans ce document est très sensible au bruit de mesure (notamment du fait de l'utilisation de la dérivée première et seconde du signal). Il existe donc un besoin d'une méthode de diagnostic robuste au bruit de mesure et rapide de mise en oeuvre, autorisant ainsi une utilisation sur site. Il existe également 5 un besoin d'une méthode de diagnostic qui ne fait pas d'hypothèse sur les conditions environnementales et tient compte de la possible présence d'une dérivation. RESUME DE L'INVENTION L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant 10 une méthode de diagnostic robuste au bruit de mesure (et donc adaptée à une mise en oeuvre sur site) et rapide de mise en oeuvre. Dans la suite, on note c V(k + 1)). A cette fin, pour chaque valeur de k, on détermine les coefficients ak et bk en effectuant une régression linéaire de la courbe {V(i)}i,1,...,k en fonction de {1(i)}i,1,.,k de sorte à obtenir une approximation linéaire W = ak x Y + bk. Puis, chaque valeur de k est associée à une 25 erreur, ladite erreur étant obtenue en sommant les coûts pour tous les i tels que VO) > VMPP (les i étant incrémentés de la même manière que les k), le coût (vw - (ak x (0+bk)-Vmaxi )2 VO)-Vmaxi exp V(i)-(akx I (i)+bk)- Vmaxi si i > k. Enfin, on détermine la valeur de k pour laquelle vw-vmaxi l'erreur est la plus faible, noté ksoi, les paramètres du modèle linéaire étant alors 30 donné par a0 = aksol et b' = bksor Les k points sont représentés sur la figure 8 par associé à un i étant donné par si i k et VO) > VMPP étant quant à eux situés dans la zone hachurée claire. La droite en pointillé représente quant à elle la droite d'équation W = a' x Y + b'. De la même manière, si l'on s'intéresse à la zone linéaire proche de 15C, une pluralité 5 de valeurs k' sont testées, la valeur de k' étant incrémenté au fur et à mesure que l'on se rapproche de Impp (autrement dit, 1(k') > I(k' -H 1)). A cette fin, pour chaque valeur de k', on détermine les coefficients ak, et bk, en effectuant une régression linéaire de la courbe de en fonction de {V(0};,,, ,...,k, de sorte à obtenir une approximation linéaire Y = ak, x W + bic,. Puis, chaque valeur de k' est 10 associée à une erreur, ladite erreur étant obtenue en sommant les coûts pour tous les i' tels que 1(i') > Impp (les i' étant incrémentés de la même manière que les k'), le coût associé à un if étant donné par (I0/)-(akxV09+bkr)-Imaxi)2 - -^ 1(,)-Imaxi k'. Enfin, on détermine la valeur de k' pour 1(i')-'maxi laquelle l'erreur est la plus faible, noté k131, les paramètres du modèle linéaire étant 15 alors donné par a' = aksroi et b' figure 8 par la zone en pointillé foncée, les points tels que i' > k' et 1(i') > Impp étant quant à eux situés dans la zone en pointillé claire. La droite en trait plein représente quant à elle la droite d'équation W = a' x Y + b'. A l'issue de l'étape de détection des zones linéaires de la caractéristique 1(V), les 20 paramètres a', b', a' et b' sont donc déterminés. Dans un mode de réalisation, la valeur des paramètres a', b', a3 et b' est comparée à des valeurs limites, la valeur finale retenue étant la valeur du paramètre lui-même où la valeur de la limite dépassée par ledit paramètre. Une première limite concerne a' et peut être formulée comme suit : 25 1 1 Rmax alors la valeur de a' sera choisie comme 15 étant égale à -De même, si a' REVENDICATIONS1. Procédé (100) de détermination d'un modèle électrique d'une chaine de modules photovoltaïques à partir d'une caractéristique I(V) de ladite chaine caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape (E2) de détection d'une première zone linéaire et d'une deuxième zone linéaire de la caractéristique I(V) ; - une étape (E3) d'initialisation des paramètres d'un modèle électrique sans dérivation correspondant à une première condition de fonctionnement, dite condition sans dérivation à partir de la caractéristique 1(V) ; - une étape (E4) d'optimisation des paramètres du modèle électrique sans dérivation à partir d'un caractéristique de référence 1(Vref) égale à1(V) ; - une étape (E5) de détermination des paramètres du modèle électrique correspondant à une deuxième condition de fonctionnement, dite condition avec dérivation, afin d'obtenir un modèle électrique avec dérivation à partir de la caractéristique 1(V) ; - une étape (E6) de détermination, à partir de la caractéristique 1(V), du meilleur modèle parmi le modèle sans dérivation et le modèle avec dérivation. 2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape (E2) de détection des zones linéaire de la caractéristique I(V), une étape (El) ) de vérifications des données de la caractéristique 1(V). 3. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape (El) ) de vérifications des données de la caractéristique 1(V) comprend au moins l'un des deux sous-étapes suivantes : - une sous-étape (El 1) de détection de la période de commutation de la chaine ; - une sous-étape (El 2) de suppression des données aberrantes. 35 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape (E2) de détection d'une première zone linéaire et d'une deuxième zone linéaire de la caractéristique 1(V) comprend : - une sous-étape (E21) de détermination du point de puissance 5 maximum (1mpp,Vmpp), les points de la caractéristique 1(V) situés au- dessus de la droite passant par l'origine (0,0) et le point (Impp,Vmpp) étant considérés comme candidats à la première zone linéaire, et les points situés au-dessous de la cette droite étant considérés comme candidats à la deuxième zone linéaire ; 10 - une sous-étape (E22) de détermination du modèle linéaire de Y en fonction de W tel que Y = a' x W + b' à partir des points candidats à la première zone linéaire et du modèle linéaire de W en fonction de Y tel que W = a' x Y + b' à partir des points candidats à la deuxième zone linéaire, de sorte à déterminer les paramètres a', b', 15 aoc et boc- 5. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que lors de l'étape E3 d'initialisation des paramètres du modèle électrique, les paramètres du modèle électrique Iph, Rs, Rp, Io et N sont initialisé de la manière suivante : 20 Rp est donné par Rp = - QSC - N est donné par N =1:1 x NS x Tufrai avec Tideal E [200,300] ; /0 est donné par /0 = RPxb:c cboc o Rp(e N -1) ; - RS est donné par Rs. = -a' NxRP, ; et oc N+10XRpXo N Rn+Rs xbs, - /ph est donné par /pl, = x b' + I 0 x N 1) ; RP 25 avec lph le photo-courant, ft, la résistance en série, Rp la résistance en parallèle, 10 le courant d'obscurité de la diode, N5 le nombre de cellules en série dans la chaine, kb est la constante de Boltzmann et q est la charge élémentaire d'un proton. 36 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le modèle comprend une composante linéaire et une composante exponentielle et que l'étape (E4) d'optimisation des paramètres du modèle électrique sans dérivation comprend : 5 - une première sous-étape (E41) d'optimisation des paramètres de la composante linéaire du modèle électrique sans dérivation ; - une deuxième sous-étape (E42) d'optimisation des paramètres de la composante exponentielle du modèle électrique sans dérivation ; lesdites première et deuxième sous-étapes étant itérées une pluralité de fois I() de sorte à obtenir un modèle électrique sans dérivation. 7. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la première sous-étape (E41) d'optimisation des paramètres de la composante linéaire du modèle électrique comprend : - une phase (P411) de détermination d'une caractéristique linéaire de 15 sorte à obtenir Iii'air-e(N) ; - une phase (P412) de détermination de la régression linéaire de l'équation Y = a' x W + b' à partir de la courbe bin'i'(V) ; - une phase (P413) de détermination des paramètres de la composante linéaire du modèle à partir de ladite régression. 20 8. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes caractérisé en ce que la deuxième sous-étape (E42) d'optimisation des paramètres de la composante exponentielle du modèle électrique comprend : - une phase (P421) de détermination d'une caractéristique V(1) linéaire de sorte à obtenir Vii'aire(I) ; 25 - une phase (P422) de détermination de la régression linéaire de l'équation W = a3 x Y + b' à partir de la courbe Viin'fre(1) ; - une phase (P423) de détermination des paramètres de la composante exponentielle du modèle à partir de ladite régression. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape (E5) de détermination des paramètres du modèle électrique avec 37 dérivation comprend : - une première sous-étape (E51) d'initialisation d'un premier paramètre Pd et d'un deuxième paramètre PI caractéristiques de la dérivation ; - une deuxième sous-étape (E52) de détermination, à partir des 5 paramètres Pd et Pl, de la caractéristique W,'d(Y) associée au modèle avec dérivation ; - une troisième sous-étape (E53) d'optimisation des paramètres Pd et PI du modèle avec dérivation Wmod(1) - une quatrième sous-étape (E54) de déformation, à partir des I() paramètres Pd et Pb de la courbe 1(V) de sorte à obtenir une caractéristique 1(Vunshaded) sans dérivation ; - une cinquième sous-étape (E55) d'optimisation des paramètres du modèle électrique sans dérivation à partir d'un caractéristique de référence I(Vref) égale à1(V',,,,,ded) ; 15 les deuxième, troisième, quatrième et cinquième sous-étapes étant itérées une pluralité de fois de sorte à obtenir un modèle électrique avec dérivation à partir du modèle sans dérivation réévalué et des paramètres Pd et PI. 10. Procédé de détection d'une anomalie dans une chaine de modules photovoltaïques caractérisé en ce qu'il comprend : 20 - une étape de détermination du modèle électrique de la chaine de modules à l'aide d'un procédé selon l'une des revendications précédentes ; - une étape de détection d'une anomalie en fonction de la valeur d'au moins un paramètre du modèle électrique déterminé. 25 11. Dispositif de traitement de données comprenant des moyens de mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes. 12. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 30 13. Support de données lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le 38 programme d'ordinateur selon la revendication précédente.