Brevet FR3103924A1 — publié le 20210604

Procédé, dispositif et produit programme d’ordinateur de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge est proposé. Ce procédé comprend une étape d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et une étape de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et une étape de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé, dispositif et produit programme d’ordinateur de détermination d’une courbe de charge représentative d’autres courbes de charge Domaine technique général et art antérieur La présente invention concerne le domaine général de la détermination d’une consommation énergétique simulée d’au moins un élément d’un parc d’équipements électriques. Plus particulièrement il concerne la détermination d’une courbe de charge représentative de courbes de charge associées à des équipements électriques de même type. La conception de nouveaux quartiers dans des villes pilotés dans un contexte de réseau électrique intelligent (ou « smart-grids » en anglais) nécessite de pouvoir simuler le comportement des principaux éléments responsable d’une consommation (également appelés blocs-types de consommation) afin de pouvoir déterminer les optimisations réalisables pour la détermination de capacités de stockage, avec le potentiel d’énergie gérable localement associé, et la fourniture de services-système (typiquement du délestage) au réseau global. Il existe des logiciels (comme le logiciel propriétaire Clevery de l’entreprise Electricité de France EDF) qui proposent des scénarios de fonctionnement des installations électriques pour répondre d’une part aux demandes des équipements consommateurs et d’autre part à des sollicitations des gestionnaires de réseau d’énergie au travers de l’utilisation du stockage et de délestages partiels de consommateurs. Ces logiciels permettent de prendre en compte des équipements définis dont on connaît le fonctionnement exact, cependant ils ne permettent pas une modélisation d’un futur bâtiment dont le type est connu mais pas le fonctionnement exact. L’invention propose une solution pour modéliser une courbe de charge d’un bâtiment dont le type est connu, ceci via un procédé de détermination d’une courbe de charge représentative, à partir de courbes de charges associées à des équipements électriques. Présentation générale de l’invention Un but général de l’invention est de pallier les limitations de l’art antérieur, en particulier en proposant un procédé de détermination à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge. Selon un aspect de l’invention, un procédé de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge est proposé. Ce procédé comprend une étape d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et une étape de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et une étape de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Dans un mode de réalisation du procédé, l’étape de décomposition est itérative et comprend les étapes suivantes : une étape de détermination d’un premier ensemble de premières composantes minimisant une fonction de coût dépendante de la première courbe de charge et une étape de soustraction de la première courbe de charge et d’un deuxième ensemble des premières composantes déterminées. Cette étape de détermination et cette étape de soustraction sont itérées sur la base de la soustraction. Dans un mode de réalisation du procédé, l’étape de décomposition est configurée pour utiliser la formule suivante : où M est la matrice des courbes de charge et les éléments x (k) j a (k),T j sont les premières composantes. Dans un mode de réalisation du procédé, la deuxième courbe de charge est constituée de deuxièmes composantes et l’étape de détermination de la deuxième courbe de charge comprend les étapes suivantes ; une étape de détermination de proportions associées respectivement aux premières composantes, les proportions étant représentatives d’un ratio entre l’énergie de la première composante et l’énergie de la première courbe de charge. De plus chaque deuxième composante est déterminée en utilisant les étapes suivantes ; une étape de sélection de l’un des équipements électriques et une étape de normalisation d’une première composante associée à l’équipement électrique et de même rang que la deuxième composante et une étape de détermination d’une moyenne et d’un écart type des proportions associées à la première composante de même rang que la deuxième composante et une étape de sélection d’une proportion aléatoire par tirage aléatoire selon une loi gaussienne suivant la moyenne et l’écart-type et une étape de multiplication de la première composante normalisée et de la proportion. Dans un mode de réalisation du procédé, l’étape de détermination de la deuxième courbe de charge est configurée pour utiliser la formule suivante : Où M simu CdC est la matrice de la deuxième courbe de charge et les et les sont les proportions et les et les sont les premières composantes normalisées négatives et positives respectivement et est la proportion et est la première composante normalisée de résidu. Selon un autre aspect de l’invention, un dispositif est proposé. Ce dispositif permet la détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge. Ce dispositif comporte une entrée pour recevoir la pluralité de premières courbes de charge et une unité de traitement de données configurée pour réaliser un procédé comprenant : une étape d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et une étape de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et une étape de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Selon un autre aspect de l’invention, un produit programme d’ordinateur est proposé. Ce produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé lorsque ce procédé est exécuté par un processeur. Ce procédé est un procédé de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge. Ce procédé comprend une étape d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et une étape de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et une étape de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : La figure 1 illustre un dispositif conforme à la présente invention. La figure 2 illustre un procédé de détermination conforme à la présente invention. La figure 3 illustre une étape de décomposition conforme à la présente invention. Description de modes de mise en œuvre et de réalisation La figure 1 représente un dispositif 101 de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge. Ce dispositif comporte une entrée 102 pour recevoir les premières courbes de charge et une unité de traitement de données 103. L’unité de traitement de données 103 est configurée pour réaliser un procédé de détermination, tel que représenté figure 2. Ce procédé de détermination permet de déterminer la deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge. Ce procédé comporte : - une étape 201 d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et - une étape 202 de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et - une étape 203 de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Ce dispositif permet donc d’obtenir une courbe de charge (dite deuxième courbe de charge) représentative de différents types de bâtiments. Ce dispositif est adapté en particulier pour effectuer cette détermination même pour des bâtiments qui présentent des consommations locales importantes et/ou une variété de comportements importante (exemple des piscines ou des patinoires). Ce procédé permet de s’appuyer sur un panel de courbes de charge réelles pour générer une courbe de charge simulée. Les données des courbes de charges peuvent par exemple être acquises au pas 10 minutes (par exemple issues du compteur Linky). Ces courbes de charge sont obtenues pour une pluralité de bâtiments, d’un secteur d’activité donné (par exemple habitation, production, piscine, patinoire, etc.). La courbe de charge représentative/simulée peut ensuite être intégrée dans des simulateurs de quartiers pour optimiser les consommations globales du quartier. Ce procédé se base sur une décomposition des courbes de charge en une pluralité de composantes. Ces composantes sont, pour une première part, toujours positives, pour représenter des comportements d’appareils, et, pour une autre part, toujours négatives, pour le cas des délestages et dont les profils présentent essentiellement des créneaux pour représenter les démarrages/arrêts. Ces composantes issues des différentes courbes de charge sont ensuite combinées ensembles afin de déterminer une courbe de charge représentative/simulée. Cette courbe de charge représentative/simulée pouvant être normalisée, il peut alors être nécessaire d’appliquer un coefficient de proportionnalité à cette courbe de charge représentative/simulée. Il est possible d’organiser les courbes de charge sous la forme d’un tableau (ou matrice), où chaque colonne représentera la charge sur un jour et chaque ligne la charge par jour à un instant donné de la journée. Pour conserver une homogénéité de comportement, les courbes de charge peuvent être regroupées par type de jour : soit chaque jour de la semaine (les lundis, mardis, etc.) dans la granularité la plus fine, soit en jours de semaine, jours de week-end si la similitude est suffisante (le type de regroupement peut être arbitré soit par un expert du domaine, soit sur un critère de corrélation mathématique selon un seuil à définir par un expert du domaine). Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, il est considéré que les courbes de charge ont été regroupées par même type de jour (lundi, mardi, etc.). L’application aux autres regroupements est identique. On note M j CdC la matrice des courbes de charge pour le type de jour j . La décomposition des premières courbes de charge va être effectuée de façon itérative. L’idée est d’approcher M j CdC par une somme de trois produits vecteurs-lignes - vecteurs-colonnes ( T désigne la transposition du vecteur) ces produites étant les composantes: qui vont avoir les propriétés générales suivantes : - les vecteurs x 1,j , x 2,j , x 3,j sont de norme 1 (| x 1,j |=1, | x 2,j |=1, | x 3,j |=1), et ont l’ensemble de leurs éléments positifs, - les vecteurs a 2,j et a 3,j ont tous leurs éléments positifs, - le vecteur a 1 ,j a tous ses éléments négatifs, - les éléments de a 1 ,j et de a 2 ,j aux mêmes positions doivent éviter de se compenser, donc le produit du k-ième élément de a 1,j et du k-ième élément de a 2,j doit être proche de 0, de même pour x 1,j et x 2,j . Ceci va se traduire par l’introduction de ces règles dans une fonction-coût J dont la minimisation par une méthode de gradient avec pénalisation pour la prise en compte des contraintes de signe va fournir les différentes composantes. En notant J 1 la fonction-coût intermédiaire obtenue avec ces règles : Où désigne le vecteur formé par les produits terme à terme des coordonnées des deux vecteurs et K u désigne le nombre d’éléments du vecteur u . Ensuite, pour favoriser la création de composantes qui simulent le plus efficacement des courbes de charge, cette fonction-coût est complétée par les hypothèses suivantes : - les écarts entre un élément des vecteurs x 1,j et x 2,j et le suivant restent limités, la forme idéale étant le créneau, - les écarts entre un élément des vecteurs a 1 ,j , a 2 ,j et a 3 ,j et le suivant restent limités, la forme idéale étant le créneau. De plus les vecteurs a 1 ,j et a 2 ,j soient d’énergie minimale, là encore pour favoriser les créneaux entre jours. La fonction-coût définitive est : Où u désigne le vecteur généré par la différence entre un terme de u et le précédent. Pour poursuivre la décomposition, on crée la matrice M j ,2 CdC en soustrayant à M j CdC la matrice x 1,j a 1 , j T + x 2 ,j a 2 , j T : M j,2 CdC = M j CdC -( x 1,j a 1,j T + x 2,j a 2,j T ) . La procédure décrite ci-dessus est répétée et conduit à la décomposition suivante : Et ainsi de suite en utilisant : Dans le cadre des courbes de charge, dix itérations permettent d’obtenir une décomposition qui approche très bien la matrice de courbes de charge initiale. Notons K le nombre d’itérations utilisées pour réaliser la décomposition. Nous appellerons alors le rang d’une composante le numéro de l’itération qui a permis d’obtenir cette composante. La modélisation de la courbe de charge aura alors la forme suivante : Cette modélisation des courbes de charge permet d’avoir une concentration sur les premières composantes des éléments essentiels de l’approximation de la matrice de courbe de charge initiale. Ainsi et tel que représenté sur la figure 2 et la figure 3, l’étape 202 de décomposition est itérative et comprend les étapes suivantes : - une étape 202-a de détermination d’un premier ensemble de premières composantes minimisant une fonction de coût dépendante de la première courbe de charge et ; - une étape 202-b de soustraction de la première courbe de charge et d’un deuxième ensemble des premières composantes déterminées et ; - l’itération de l’étape 202-a de détermination sur la base de la soustraction. De manière avantageuse, à chaque itération le premier ensemble comporte 3 composantes et le deuxième ensemble comporte 2 composantes. De plus chaque itération, à l’exception de la dernière, permet d’obtenir 2 composantes (les deux composantes qui ont été soustraites de la première courbe de charge). La dernière itération permet d’obtenir 3 composantes (les trois composantes obtenues durant l’étape 202-a de détermination). De manière avantageuse le nombre d’itérations est de 10. On obtient ainsi pour chaque courbe de charge et éventuellement par type de jour une approximation de cette courbe de charge par un nombre limité de composantes (par exemple 42 composantes dans le cas où 10 itérations sont utilisées pour décomposer la courbe de charge). L’unité de traitement 103 est ensuite configurée pour, à partir des différentes décompositions calculées sur la base de premières courbes de charge, créer une deuxième courbe de charge. De manière avantageuse les différentes composantes d’une même première courbe de charge sont normalisées de manière à pouvoir faire des mélanges cohérents de courbes de charge associées à des équipements qui n’ont pas la même dépense énergétique totale. Pour déterminer une deuxième courbe de charge à K composantes à partir des premières courbes de charge, à K composantes, associées à N équipements électriques, les étapes suivantes sont alors réalisées : Pour chaque première composante et chaque équipement électrique, détermination 203-a de la proportion de l’énergie de cette première composante dans l’énergie de la première courbe de charge de l’équipement électrique. Cette proportion sera représentée ensuite par une loi gaussienne dont la moyenne et l’écart-type sont déterminés de manière classique. Ensuite pour chaque deuxième composante devant être déterminée, les étapes suivantes sont réalisées : - Une étape 202-b de sélection de l’un des équipements électriques (par exemple via un tirage aléatoire uniforme). - une étape 202-c de normalisation d’une première composante associée à l’équipement électrique et de même rang que la deuxième composante que l’on cherche à déterminer et ; - une étape 202-d de détermination d’une moyenne et d’un écart-type des proportions associées à la première composante de même rang que la deuxième composante que l’on cherche à déterminer et ; - une étape 202-e de tirage aléatoire d’une proportion selon une loi gaussienne ayant pour moyenne et écart-type la moyenne et l’écart type calculés précédemment et ; - une étape 202-f de multiplication de la première composante normalisée et de la proportion. La deuxième composante de la deuxième courbe de charge déterminée, aura comme valeur cette multiplication obtenue à l’étape 202-f. La deuxième courbe de charge est la somme des deuxièmes composantes élémentaires calculées précédemment. En reprenant les notations précédemment introduites et partant d’une pluralité de N matrices ( n représente l’indice de l’équipement électrique) de premières courbes de charge : Le tirage aléatoire uniforme de couples et (ou et et )parmi les N k- ièmes composantes des différentes décompositions pour un même type de jour donné : notons et les indices correspondant respectivement aux et plus le tirage uniforme de à la dernière étape. Ensuite le tirage gaussien de la proportion de la composante dans la statistique calculée préalablement, notée Enfin la matrice de la deuxième courbe de charge aura la forme : auxquels sont associés les pourcentages d’énergie du signal expliqués par chaque couple de composantes : les pourcentages d’énergie sont calculés comme le rapport entre la somme de tous les termes de la composante définie par le produit matriciel , somme que l’on va nommer énergie de la composante, et la somme des termes de ce que l’on peut appeler de même l’énergie de la courbe de charge : dans le cas des composantes négatives, les énergies associées, sont nécessairement aussi négatives et les proportions qui leur sont associées le sont donc aussi. Les statistiques de pourcentage pour ces composantes vont donc être définies sur des intervalles de valeurs négatives. Le tirage aléatoire du pourcentage de composante va donc fournir à son tour des valeurs négatives. Comme les proportions tirées au sort sont à leur tour normalisées en divisant par la somme algébrique des proportions positives et négatives, la somme des proportions normalisées positives va donc dépasser 100%, la somme des proportions normalisées négatives apportant le complément pour faire 100%. Ces pourcentages et le rang des composantes dans la décomposition vont être utilisés pour la phase simulation. Procédé de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge ; le procédé comprenant: - une étape (201) d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et - une étape (202) de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et - une étape (203) de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Procédé de détermination selon la revendication 1 dans lequel l’étape (202) de décomposition est itérative et comprend les étapes suivantes : - une étape (202-a) de détermination d’un premier ensemble de premières composantes minimisant une fonction de coût dépendante de la première courbe de charge et ; - une étape (202-b) de soustraction de la première courbe de charge et d’un deuxième ensemble des premières composantes déterminées et ; - l’itération de l’étape (202-a) de détermination et de l’étape (202-b) de soustraction sur la base de la soustraction. Procédé de détermination selon la revendication 2 dans lequel l’étape (202) de décomposition est configurée pour utiliser la formule suivante : où est la matrice des courbes de charge et les éléments sont les premières composantes. Procédé de détermination selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel la deuxième courbe de charge est constituée de deuxièmes composantes et l’étape (203) de détermination de la deuxième courbe de charge comprend les étapes suivantes ; une étape (203-a) de détermination de proportions associées respectivement aux premières composantes, les proportions étant représentatives d’un ratio entre l’énergie de la premières composante et l’énergie de la première courbe de charge ; chaque deuxième composante étant déterminée en utilisant les étapes suivantes ; une étape (203-b) de sélection de l’un des équipements électriques et une étape (203-c) de normalisation d’une première composante associée à l’équipement électrique et de même rang que la deuxième composante et ; une étape (203-d) de détermination d’une moyenne et d’un écart type des proportions associées à la première composante de même rang que la deuxième composante et ; une étape (203-e) de sélection d’une proportion aléatoire par tirage aléatoire selon une loi gaussienne suivant la moyenne et l’écart type et ; une étape (203-f) de multiplication de la première composante normalisée et de la proportion. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel l’étape (203) de détermination de la deuxième courbe de charge est configurée pour utiliser la formule suivante : où est la matrice de la deuxième courbe de charge et les et les sont les proportions et les et les sont les premières composantes normalisées négatives et positives respectivement et est la proportion et est la première composante normalisée de résidu. Dispositif (101) de détermination, à partir de premières courbes de charge associées respectivement à une pluralité d’équipements électriques, d’une deuxième courbe de charge représentative des premières courbes de charge ; ce dispositif comporte une entrée (102) pour recevoir la pluralité de premières courbes de charge et ; une unité de traitement (103) de données configurée pour réaliser un procédé comprenant : - une étape (201) d’acquisition d’au moins deux premières courbes de charge et - une étape (202) de décomposition des deux premières courbes de charge en respectivement deux groupes de premières composantes et - une étape (203) de détermination de la deuxième courbe de charge à partir des deux groupes de premières composantes. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 5 lorsque ce procédé est exécuté par un processeur.