EP4634851A1 - Procede de determination de flux electriques au sein d'une communaute d'energie - Google Patents

Procede de determination de flux electriques au sein d'une communaute d'energie

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EP4634851A1
EP4634851A1 EP23817987.3A EP23817987A EP4634851A1 EP 4634851 A1 EP4634851 A1 EP 4634851A1 EP 23817987 A EP23817987 A EP 23817987A EP 4634851 A1 EP4634851 A1 EP 4634851A1
Authority
EP
European Patent Office
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energy
electrical
community
flows
flow
Prior art date
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Pending
Application number
EP23817987.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David Collet
Paul Malisani
Ainhoa LINCOT
Philippe Pognant-Gros
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP4634851A1 publication Critical patent/EP4634851A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy using batteries or super capacitors with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2101/00—Supply or distribution of decentralised, dispersed or local electric power generation
    • H02J2101/20—Dispersed power generation using renewable energy sources
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2101/00—Supply or distribution of decentralised, dispersed or local electric power generation
    • H02J2101/20—Dispersed power generation using renewable energy sources
    • H02J2101/22—Solar energy
    • H02J2101/24—Photovoltaics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2103/00—Details of circuit arrangements for mains or AC distribution networks
    • H02J2103/30—Simulating, planning, modelling, reliability check or computer assisted design [CAD] of electric power networks
    • H02J2103/35—Grid-level management of power transmission or distribution systems, e.g. load flow analysis or active network management

Definitions

  • the present invention relates to the field of management of electrical flows between different components, in particular for the management of electrical energy consumption.
  • the invention relates to the determination of electrical flows between components of an energy community and an electricity distribution network.
  • An energy community is defined as being an autonomous entity which brings together shareholders/members able to consume, produce or store energy (such an entity is legally defined in particular in article 40 of the Energy-Climate law as well as in the energy code in France). Members of this community can exchange energy with each other in order to optimize their consumption according to economic, technical, environmental or social criteria.
  • This community is connected to the electricity distribution network, which makes it possible to provide the community with energy when it consumes more energy than it produces, or conversely to provide energy to the network electricity distribution when it produces more energy than it consumes.
  • Such an energy community can for example comprise at least one means of producing energy such as a photovoltaic panel, at least one means consuming energy such as a home or a building, at least one means of storage energy such as a battery and at least one connection to an electrical energy distribution network.
  • An energy community may include several electricity meters, for example meters provided by the public electricity network manager (for example Linky meter deployed in France) with at least one component (called official or certified meters), and additional meters (unofficial) to measure, for example, the production of a photovoltaic (PV) panel or the incoming and outgoing energy of a battery. From these measurements, there can be an infinite number of ways in which energy could have passed between the members of the energy community and the public electricity network if the number of measurements is less than the number of electrical flows. Certain energy transfer scenarios can be very advantageous for certain members, and much less for others.
  • the public electricity network manager for example Linky meter deployed in France
  • additional meters unofficial
  • patent application FR3055048 A1 describes a very specific approach to distributing electrical flows. However, this distribution does not consider an energy storage system. This method cannot be applied to any energy community.
  • patent application W020200709 A1 describes a method for validating a multistream (set of streams) for energy allocation.
  • an energy allocation calculation step is carried out using a mathematical optimization method.
  • this process does not precisely detail the mathematical optimization method implemented.
  • all the electrical flows seem to be determined simultaneously, which complicates the resolution of the optimization problem, in particular for real-time implementation.
  • the aim of the invention is to precisely determine electrical flows within an energy community, quickly and simply, with limited requirements for computing resources (processors and memory), and while limiting the number of meters.
  • the present invention relates to a method for determining electrical flows within an energy community, in which a conversation model of the flow is constructed, at least one electrical flow is measured, and a priority level is assigned. to each flow, and an iterative method is applied to determine the electrical flows by means of a mathematical optimization method applying the flux conservation model. The steps of the iterative method are carried out in the order of the assigned priority levels.
  • the application of an iterative method according to an order of priority allows simple and rapid convergence towards a determination of electrical flows (taking into account the different constraints), which allows the application of the process in real time.
  • the invention further relates to a method for controlling an energy community, a method for adapting an energy community, and an energy community implementing the method for determining electrical flows according to the invention.
  • a priority level is assigned to each electrical flow of said topology, said priority level being determined from a first priority level and at least one higher level of priority, each higher level being less priority than a lower level; vs. At least one electrical flow is measured at a node by said measuring means; d. The electrical flows belonging to said first priority level are determined by an optimization method which minimizes the sum of the electrical flows as a function of said at least one measured electrical flow and as a function of said model of conservation of the electrical flow at each node; summer. Said optimization method is repeated for each higher priority level to determine the electrical flows, each repetition of the optimization method taking into account the electrical flows determined for each lower priority level.
  • said optimization method implements a linear programming algorithm.
  • said optimization method implements a quadratic programming algorithm.
  • said quadratic programming algorithm is constrained by a predefined electrical flow distribution rule.
  • said predefined electrical flow distribution rule is chosen from a weighted distribution, a distribution proportional to electrical consumption or a combination of the two.
  • said optimization method is constrained by said measured electrical flow obtained by a certified measuring means.
  • said optimization method is capable of adjusting a measured electrical flow obtained by a non-certified measuring means.
  • the invention relates to a method for controlling an energy community, said energy community comprising a plurality of components and at least one means of measuring the electrical flow of a component, each component being chosen from a energy producing system, an energy consuming system, an energy storage means and a connection to an electrical distribution network.
  • the following steps are implemented: a. Electrical flows are determined within said energy community by means of the method according to one of the preceding characteristics; And b. At least one component of said energy community is controlled as a function of said determined electrical flows.
  • the invention relates to a method for adapting an energy community, said energy community comprising a plurality of components and at least one means for measuring the electrical flow of a component, each component being chosen from an energy producing system, an energy consuming system, an energy storage means and a connection to an electrical distribution network.
  • the following steps are implemented: a. Electrical flows are determined within said energy community by means of the method according to one of the preceding characteristics; and B. Said energy community is adapted according to said determined electrical flows, by adding or removing at least one component or by modifying at least one component.
  • the invention also relates to an energy community comprising a plurality of components and at least one means of measuring the electrical flow of a component, each component being chosen from an energy producing system, an energy consuming system, a means of energy storage and a connection to an electrical distribution network. It comprises computer means for implementing the method for determining electrical flows according to one of the preceding characteristics, and possibly means for displaying the determined electrical flows.
  • Figure 1 illustrates the steps of the method for determining electrical flows according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 illustrates the steps of the method for controlling an energy community according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 illustrates the steps of the method of adapting an energy community according to one embodiment of the invention.
  • Figure 4 illustrates, for an example, a topology of an energy community.
  • Figures 5A to 5C illustrate the iterative steps of determining electrical flows for the example of Figure 4.
  • Figure 6 illustrates the energy consumed from the distribution network for the example of Figure 4, the energy consumed being measured by an official meter and determined by the method according to the invention.
  • Figure 7 illustrates the energy produced transferred to the distribution network for the example of Figure 4, the energy produced being measured by an official meter and determined by the method according to the invention.
  • FIG 8 illustrates the energy flows of different components of the energy community of Figure 4, the energy flows being measured or determined by means of the method according to the invention.
  • Figure 9 illustrates the errors between the measured flows and the flows determined by the method according to the invention, for the example of Figure 4.
  • Figure 10 illustrates the origins of the energy transferred to the consumer of the energy community for the example of Figure 4.
  • the present invention relates to a method for determining electrical flows within an energy community.
  • An energy community is defined as an autonomous entity that brings together components that can consume, produce or store energy. Members of this community can exchange energy in order to optimize their consumption according to economic, environmental or social criteria.
  • This energy community is connected to the electricity distribution network, which makes it possible to supply the energy community when it consumes more energy than it produces, or conversely to provide electricity. energy to the electricity distribution network when it produces more energy than it consumes.
  • An electric flow is a quantity of energy, which can correspond either to:
  • an energy community also called an energy system or energy network
  • the energy community may comprise at least one producer system, a consumer system and a connection to an electrical distribution network.
  • the energy community can comprise at least one producer system, a consumer system, a connection to an electrical distribution network and a means of energy storage.
  • the energy producing system may in particular comprise at least one renewable energy producing system (such as at least one photovoltaic panel, at least one wind turbine, a hydraulic power plant, a biomass power plant), or any other power plant, for example a nuclear power plant, a gas power plant, etc.
  • at least one renewable energy producing system such as at least one photovoltaic panel, at least one wind turbine, a hydraulic power plant, a biomass power plant
  • any other power plant for example a nuclear power plant, a gas power plant, etc.
  • An energy storage means may in particular be a battery, a compressed gas storage system, a fuel cell, or any similar means.
  • the energy community is characterized by a topology, which defines nodes for each component and connections between said nodes.
  • the energy community is represented by a network comprising nodes and links between the nodes, the nodes representing the components of the energy community and the links representing the connections between the components.
  • the topology can include for each node the type of component among energy producing system, energy consuming system, energy storage means and connection with the energy distribution network.
  • the energy community comprises at least one means of measuring the electrical flow of a component, and possibly a means of reconstructing an electrical flow of a component from the measurements.
  • a measuring means captures an outgoing and/or incoming electrical flow from a component of the energy community.
  • This means of measurement is generally called a meter.
  • This means of measurement can be certified (official, MID certified for billing) or not certified.
  • a certified measuring means is a measuring means whose measurement is correct, and which can be used in particular by the electrical energy supplier for billing. This could, for example, be a Linky meter as deployed in France.
  • a non-certified measuring means is a measuring means whose measurement may be subject to measurement inaccuracies. It can be an informal meter placed on a photovoltaic panel or any other component.
  • the method according to the invention implements the following steps:
  • the steps can be implemented by computer means, in particular a computer, a server or a calculator. Steps 1 and 2 can be implemented once offline, then steps 3 through 5 can be implemented in real time or for a past period. Steps 1 and 2 can be done in this order, in reverse order, or simultaneously. The steps will be detailed later in the description.
  • Figure 1 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the steps of the method according to one embodiment of the invention.
  • MCF flow conservation model From the TOP topology of the energy community, we construct an MCF flow conservation model and we assign a NIP priority level to each electrical flow in the topology. Electrical flows MES are measured by the measuring means.
  • OPT 1 for the first priority level, to determine electrical flows Fe1 according to the MES measurements and the MCF flow conservation model.
  • OPT 1 optimization method for the first priority level
  • the storage means can be seen as a node that can be divided into a consumer node and a producer node.
  • F Pi , cj an electrical flow going from a producer system Pi to a consumer system Cj.
  • a priority level is assigned to each electrical flow in the topology.
  • the priority level is determined within a classification which includes a first priority level and at least one higher priority level, each higher level being less priority than a lower level (the notions of higher and lower are linked to the number of priority: the first priority level is a level lower than the second priority level, which itself is lower than the third priority level).
  • the priority level allows you to prioritize certain flows over others. In other words, the priority level reflects the fact that certain electrical flows can take electrical energy that is available while other electrical flows can make do with the surplus.
  • the electrical energy produced by a producing system is intended initially to provide energy to a consuming system, and if all the energy is not consumed, to provide energy to a medium energy storage.
  • the flow of energy from the producing system to the consuming system is of first priority level
  • the flow of energy from the producing system to the means of energy storage is of second level of priority.
  • the priority level can be predetermined, for example by means of an energy community control system, depending on a control strategy applied to the energy community.
  • a control strategy may include maximizing the use of energy produced by a producing system within the energy community, maximizing the use of the energy storage system, maximization of the supply of energy to the distribution network, maximization of renewable energy consumption, maximization of a proximity criterion (a producing system will supply electrical energy first to the geographically closest components ), etc. or any combination of these strategies.
  • At least one electrical flow is measured at a node by the electrical flow measuring means.
  • the electrical flow measuring means we measure an electrical flow entering or leaving a component of the energy community.
  • it may be an electrical flow supplied by the electrical distribution network, or an electrical flow produced by a producing system (this is the quantity pi defined above for the flux conservation model ) or an electrical flow consumed by a consuming system (this is the quantity defined above by the flow conservation model).
  • electrical flows belonging to the first priority level are determined by an optimization method which minimizes the electrical flows as a function of the electrical flow measurements from step 3 and by putting implement the flow conservation model built in step 1.
  • the electrical flows belonging to the first priority level are determined by a minimization of a function obtained by the flow conservation model, the minimization being constrained by the measurements.
  • the optimization method can implement a linear programming algorithm, and/or a quadratic programming algorithm. These algorithms allow electrical flows to be determined precisely, robustly and quickly.
  • Linear programming also called linear optimization, is a method for obtaining the best result in a mathematical model whose requirements are represented by linear relationships.
  • Linear programming is a special case of mathematical programming (also called mathematical optimization). More formally, linear programming is a technique for optimizing a linear objective function, subject to equality constraints and of linear inequalities. Its feasible region is a convex polytope, which is a set defined as the intersection of a finite number of half-spaces, each of which is defined by a linear inequality.
  • Quadratic programming is a process of solving certain mathematical optimization problems involving quadratic functions. More precisely, we seek to optimize (minimize or maximize) a multivariate quadratic function subject to linear constraints on the variables. Quadratic programming is a type of nonlinear programming.
  • the optimization method can implement a linear programming algorithm. Furthermore, in the case where the linear programming algorithm determines a plurality of solutions, the optimization method can implement a quadratic programming algorithm. Thus, the quadratic programming method is only applied to the most complex optimizations, which promotes speed, and limits the processors as well as the computer memory necessary to determine the electrical flows. Thus, the process can be applied in real time.
  • this quadratic programming algorithm can be constrained by a predefined electrical flow distribution rule.
  • a rule for distributing electrical flows translates for components of the same priority level how the electrical flows are distributed between these components.
  • a rule can apply when the energy community includes a producer system and two consumer systems of the same priority level, it then involves distributing the energy produced by the producer system between the two consumer systems .
  • the distribution rule can in particular be chosen from a weighted distribution, a distribution proportional to electricity consumption, or a combination of the two.
  • the optimization method can be constrained by the measured electrical flow obtained by an official (certified) measuring means.
  • an official (certified) measuring means In other words, when the measured electrical flow is certified, this measurement serves as a constraint for the optimization method. In this way, the determined electrical flows conform to the measurement at the measurement location.
  • this measurement can serve as a constraint for the optimization method.
  • this uncertified measurement serves as a constraint for the optimization method.
  • the determined electrical flows conform to the measurement at the measurement location.
  • this measurement can be adjusted by the optimization method.
  • an additional degree of freedom can be left to the optimization method, while respecting as much as possible what has been measured, to maintain good representativeness of the determined electrical flows.
  • This problem can be solved using a standard linear programming algorithm.
  • the above problem may not have solutions if the measurements are inconsistent with each other, and this is something very likely if the measurements are all independent from each other, due to measurement errors.
  • the measurements, denoted y correspond to sums of certain energy flows and can be linked to the electrical flow vector x by a matrix M in the following way:
  • E (p) is an identity matrix cut so as to retain only the electrical flow lines determined at lower priority levels.
  • z (p-1) a vector of electrical flows determined at lower priority levels.
  • step 4 for the first priority level, no electrical flow has been determined beforehand.
  • L (p)T x is the cost function in the linear problem
  • x (p) the set of electrical flows of priority level p and p indicates the optimization problem that can be solved by a linear programming algorithm of the priority level p.
  • This problem is solved using a linear programming algorithm. If this problem has a unique solution, in particular if there is a number of authorized flows in accordance with the number of measurements available, the unique solution defines the electrical flows of the priority level p and we move directly to the next step with a priority level p+1 (step 5). If this problem has an infinity of solutions, in particular if there are too many flows authorized in relation to the number of measurements available (the problem is underdefined), we then apply a quadratic programming algorithm.
  • the quadratic programming algorithm makes it possible to determine a single solution which ensures the proper functioning of the energy community, that is to say without choosing a solution among the infinity of solutions which can benefit certain components of the energy community. and disadvantage others.
  • a weighted distribution rule which distributes energy according to predetermined weightings for each electrical flow of a priority level p.
  • e Pi cj the distribution weighting for the flow F Pi ,cj and we can write optimization constraints:
  • a proportional distribution rule also called prorata
  • prorata which distributes energy in proportion to the consumption of each of the consuming systems
  • L (p)T x is the cost function in the linear problem and P indicates the optimization problem that can be solved by a linear programming algorithm of priority level p.
  • the optimization method makes it possible to determine the electrical flows belonging to the first prioritization level.
  • the optimization method takes into account the electrical flows determined for the lower priority level(s) (for example for the second priority level, the optimization method takes into account the electrical flows determined for the first priority level, and for the third priority level, the optimization method takes into account the electrical flows determined for the first priority level and the second priority level).
  • the method implements an iterative method which determines the electrical flows by priority level.
  • the application of an iterative method according to an order of priority allows simple and rapid convergence towards a determination of electrical flows (taking into account the different constraints), which allows the application of the process in real time.
  • the problems f ⁇ can be solved iteratively by increasing the priority level p, the quadratic programming algorithm being able to be applied only if the linear programming algorithm determines infinitely many solutions.
  • the invention relates to a method for controlling an energy community, in which the following steps are implemented: a) Electrical flows within the energy community are determined by means of the determination method electrical flows according to any of the variants or any of the combinations of variants described above; and b) At least one component of the energy community is controlled according to the determined electrical flows.
  • Figure 2 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the steps of the method according to one embodiment of the control method.
  • the steps identical to Figure 1 are not redescribed.
  • the method further comprises a step of CON control of the energy community as a function of the determined FeN electrical flows. For example, if energy consumption exceeds demand, certain components can be started to increase one-time energy production. Conversely, if energy production exceeds consumption, the surplus energy produced can be used to store energy, for example in batteries or in means of energy storage by compressed air or in storing water in hydroelectric dams.
  • the control step can in particular implement at least one action among the following actions:
  • At least one energy storage means is controlled to store and/or restore energy according to the determined electrical flows, for example by storing energy in an energy storage means if the electrical flows coming from 'a producing system is supplied to the electricity distribution network while the energy storage means is not completely charged,
  • At least one producing system is controlled according to the determined electrical flows, for example by increasing the production of a producing system if the producing system is not at full load, and if the electricity distribution network is in demand, that is to say if there is at least one non-zero electrical flow coming from the electricity distribution network,
  • At least one consumer system is controlled according to the determined electrical flows, for example by reducing the consumption of a consumer system if the electricity distribution network is in demand, that is to say there is at least one non-zero electrical flow from the electricity distribution network, etc.
  • the invention relates to a method for adapting an energy community, for which the following steps are implemented: a) Electrical flows within the energy community are determined by means of the method of determination of electrical flows according to any of the variants or any of the combinations of variants described above; and b) We adapt the energy community according to the determined electrical flows.
  • Figure 3 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the steps of the method according to one embodiment of the control method. The steps identical to Figure 1 are not redescribed.
  • the method further comprises a step of ADA adaptation of the energy community according to the determined FeN electrical flows.
  • the adaptation step can implement at least one action among the following actions: a) At least one producing system is added to produce more energy, for example if the electricity distribution network is in demand, that is to say that there exists at least one non-zero electrical flow coming from the electricity distribution network, b) At least one energy storage means is added to store more energy, for example if part of the energy produced is distributed to the electrical distribution network, that is to say that there is at least one non-zero electrical flow coming from a producing system to the electrical distribution network, c) At least one energy storage means is modified to store more energy, if it is not adapted to incoming or outgoing electrical flows, for example by replacing a means of energy storage with another energy storage system with greater storage capacity, d) At least one connection is added between two components of the energy community, for example between a producing system and an energy storage means, in particular if there is a non-zero electrical flow coming from a producing system towards the electrical distribution network while an energy storage means is not charged by this producing system, e) A connection between two components of
  • the invention also relates to an energy community which comprises a plurality of components chosen from an energy producing system, an energy consuming system, an energy storage means and a connection to an electrical distribution network.
  • the energy community comprises computer means, such as a computer, a server or a calculator, for implementing the steps of the method for determining electrical flows according to any of the preceding variants, or the any combination of the previous variants.
  • the energy community may comprise at least one producer system, a consumer system and a connection to an electrical distribution network.
  • the energy community can comprise at least one producer system, a consumer system, a connection to an electrical distribution network and a means of energy storage.
  • the energy community may further comprise means for displaying the determined electrical flows.
  • the display means can be included in the computing means.
  • the display means can be linked to at least one component of the energy community.
  • the energy community may comprise at least one means of controlling at least one component of the energy community, to control a component of the energy community according to the determined electrical flows.
  • This example concerns an energy community of a building for professional use, which has a producing system using photovoltaic panels, a consumer system (the building), a battery to store energy, and a connection to the electrical distribution network .
  • the battery is controlled in real time by an energy management algorithm, requiring it to charge or discharge a certain quantity of energy at different times.
  • a certified meter (Linky) for the building arranged upstream of the producing system, the battery and the building,
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a non-limiting manner, the topology of the energy community.
  • the energy community is connected to the RES distribution network by connection means 0.
  • the photovoltaic panels (producing system) 147 provide a quantity P1 of electrical energy.
  • Building 146 (consumer system) consumes a quantity C1 of electrical energy.
  • the battery 148 is illustrated by an element 148C for charging the battery which has a consumption Pc1, and by an element 148D for discharging the battery which provides energy Pd1.
  • Node 145 represents a device which interfaces between the consumer system, the producer system, the storage means and the electrical distribution network. It can be an electrical cabinet, in which everything is wired, and which allows the switching of flows energy.
  • the arrows illustrate the connections between the different components of the energy community.
  • a first level of priority o Electrical flow from the producing system 147 to the building 146
  • a second level of priority o Electrical flow from the producing system 147 to the battery 148, o Electrical flow from the battery 148 to the building 146
  • a third priority level o Electrical flow from distribution network 0 to building 146, o Electrical flow from distribution network 0 to battery 148, and o Electrical flow from producing system 147 to distribution network 0.
  • FIG. 5 illustrates the order of determination of electrical flows.
  • the arrows in dotted lines correspond to the electrical flows of a higher priority level not considered at this stage
  • the arrows in thin solid lines correspond to the electrical flows of the priority level considered
  • the arrows in thick continuous lines correspond to the flows electrical equipment of lower priority level(s) and which are set at this stage.
  • the energy community comprises a producing system 147 providing energy P1, a building 146 consuming energy C1, a battery 148 (represented by a charge 148C consuming energy Pc1 and a discharge 148D providing energy Pd1), a connection to the network distribution RES.
  • Figure 5A illustrates the first step for the electrical flows of the first priority level.
  • Figure 5B illustrates the second step for the electrical flows of the second priority level.
  • Figure 5C illustrates the third step for the electrical flows of the third priority level.
  • the optimization method As illustrated in steps 4 and 5, the optimization method being constrained by the three measurements: the certified measurement and the non-certified measurements.
  • the optimization method makes it possible to determine the different electrical flows within the energy community.
  • Figure 6 illustrates the energy flow Ef in kWh leaving the electricity distribution network as a function of the date.
  • Figure 6 represents this measured electrical flow and this electrical flow determined by the method according to the invention. The two curves are superimposed, given that the measurement of this electrical flow results from a certified measurement which is a constraint of the optimization method.
  • Figure 7 illustrates the energy flow Ef in kWh entering the electricity distribution network as a function of date.
  • Figure 7 represents this measured electrical flow and this electrical flow determined by the method according to the invention. The two curves are superimposed, given that the measurement of this electrical flow results from a certified measurement which is a constraint of the optimization method.
  • Figure 8 illustrates different electrical flows Ef in kWh depending on the date.
  • the F146m curve corresponds to the measured (in this case reconstructed) electrical flow of the building.
  • the F146e curve corresponds to the electrical flow determined by the building optimization method.
  • the F147m curve corresponds to the measured electrical flow of the photovoltaic panels.
  • the F147e curve corresponds to the electrical flow determined by the photovoltaic panel optimization method.
  • the F148Cm curve corresponds to the measured battery charging electrical flow.
  • the F148Ce curve corresponds to the electric charging flow of the battery determined by the method according to the invention.
  • the F148Dm curve corresponds to the measured battery discharge electrical flow.
  • the F148De curve corresponds to the electrical discharge flow of the battery determined by the method according to the invention.
  • the curve F146m corresponds to the measured electrical flow consumed by the building and the curve F146e corresponds to the electrical flow consumed by the building determined by the method according to the invention.
  • the two curves F147m and F147e are superimposed, given that the measurement of photovoltaic panel flux is a constraint of the optimization method.
  • the two curves F148Cm and F148Ce as well as the two curves F148Dm and F148De are superimposed, given that the measurement of electric flow of the battery is a constraint of the optimization method.
  • curves F146e and F146m are very close to each other.
  • Figure 9 illustrates the errors of the electrical flows eEF in kWh as a function of the date.
  • the errors are the difference between the measured value and the value determined by the method according to the invention.
  • the E146 curve corresponds to the error for the electrical flow of the building.
  • the E147 curve corresponds to the error for the electrical flow of the producing system.
  • Curve E148C corresponds to the error for the electrical flow of the battery while charging
  • curve E148D corresponds to the error for the electrical flow of the battery while discharging.
  • Curves E147, E148C and E148D are zero given that the associated measurements are constraints of the optimization method.
  • the error for the electrical flow of the building E146 varies slightly, the determination of this flow by means of the method according to the invention allows a good estimation of this flow.
  • the method according to the invention respects the constraints, and allows precise determination of the electrical flow of the building, consistent with the reconstructed value determined directly from the measurements.
  • Figure 10 is a curve illustrating the origin of the energy flow to the building Ef in kWh as a function of the date.
  • the PO curve concerns the energy flow coming from the electrical network
  • the P147 curve concerns the energy flow coming from the photovoltaic panels
  • the P148D curve concerns the energy flow coming from the battery discharge.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de détermination de flux électriques au sein d'une communauté d'énergie, dans lequel on construit un modèle de conversation du flux (MCF), on mesure au moins un flux électrique (MES), on attribue un niveau de priorité (NIP) à chaque flux, et on applique une méthode itérative pour déterminer les flux électriques au moyen d'une méthode d'optimisation mathématique (OPT1, OPTN) appliquant le modèle de conservation du flux. Les étapes de la méthode itérative sont réalisées dans l'ordre des niveaux de priorité attribués.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION DE FLUX ELECTRIQUES AU SEIN D’UNE COMMUNAUTE D’ENERGIE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de la gestion des flux électriques entre différents composants, notamment pour la gestion de la consommation d’énergie électrique. En particulier, l’invention concerne la détermination de flux électriques entre composants d’une communauté d’énergie et un réseau de distribution d’électricité.
Une communauté d’énergie est définie comme étant une entité autonome qui rassemble des actionnaires/membres pouvant consommer, produire ou stocker de l’énergie (une telle entité est définie juridiquement notamment dans l’article 40 de la loi Energie-Climat ainsi que dans le code de l’énergie en France). Les membres de cette communauté peuvent s’échanger de l’énergie entre eux de manière à optimiser leur consommation selon des critères économiques, techniques, environnementaux ou sociaux. Cette communauté est raccordée au réseau de distribution d’électricité, qui permet de fournir la communauté d’énergie lorsqu’elle consomme plus d’énergie qu’elle n’en produit, ou à l’inverse de fournir de l’énergie au réseau de distribution d’électricité lorsqu’elle produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Une telle communauté d’énergie peut par exemple comprendre au moins un moyen de production d’énergie tel qu’un panneau photovoltaïque, au moins un moyen consommant de l’énergie tel qu’une habitation ou un bâtiment, au moins un moyen de stockage d’énergie tel qu’une batterie et au moins une connexion à un réseau de distribution d’énergie électrique.
Une communauté d’énergie peut comporter plusieurs compteurs d’électricité, par exemple des compteurs fournis par le gestionnaire de réseau public d’électricité (par exemple compteur Linky déployé en France) d’au moins un composant (appelés compteurs officiels ou certifiés), et des compteurs additionnels (non officiels) pour mesurer par exemple la production d’un panneau photovoltaïque (PV) ou l’énergie entrante et sortante d’une batterie. A partir de ces mesures, il peut exister une infinité de façons dont l’énergie a pu transiter entre les membres de la communauté d’énergie et le réseau public d’électricité si le nombre de mesures est inférieur au nombre de flux électriques. Certains scenarii de transferts d’énergies peuvent être très avantageux pour certains membres, et beaucoup moins pour d’autres.
La détermination des flux électriques entre les différents composants d’une communauté d’énergie peut être utilisée pour le contrôle de la communauté d’énergie, pour une adaptation de la communauté d’énergie, etc. Technique antérieure
La notion de communauté d’énergie étant relativement récente, il y a encore assez peu de travaux dans la littérature scientifique sur le sujet.
Dans le document : « F. Tounquet, L. De Vos, I. Abada, I. Kielichowska, and C. Klessmann. Energy communities in the European union. Revised Final Report of the ASSET Project (Advanced System Studies for Energy Transition), 2019 », les auteurs s’intéressent à différentes manières de répartir les bénéfices d’une communauté énergétique entre les parties prenantes. Pour cela, la notion de stabilité d’une communauté est introduite avec la notion de valeur marginale, cette dernière décrit le coût marginal qu’une partie prenante gagne en faisant partie d’une communauté. Une communauté énergétique est dite stable si chaque partie prenante a une valeur marginale positive. Les auteurs introduisent ensuite une façon de répartir les bénéfices/coûts de la communauté en utilisant la valeur de Shapley Hart (décrite dans le document « S. Hart. Shapley value. In Game theory, pages 210-216. Springer, 1989. » qui définit une part des bénéfices pour chaque partie prenante de la communauté).
Dans les documents suivants :
A. D. Mustika, R. Rigo-Mariani, V. Debusschere, and A. Pachurka. A two-stage management strategy for the optimal operation and billing in an energy community with collective selfconsumption. Applied Energy, 310 :1 18484, 2022. et
J. E. Contreras-Ocana, A. Singh, Y. Bésanger, and F. Wurtz. Integrated planning of a solar/storage collective. IEEE Transactions on Smart Grid, 12(1 ) :215-226, 2020.
Plusieurs stratégies de répartitions de la production d’une communauté d’énergie sont présentées, allant de méthodes très simples à des méthodes très complexes regroupant optimisation et théorie des jeux. Pour ces stratégies, tous les flux électriques sont déterminés simultanément, ce qui complexifie la résolution du problème, en particulier pour une réalisation en temps réel.
De plus, la demande de brevet FR3055048 A1 décrit une approche très spécifique de répartition des flux électriques. Toutefois, cette répartition ne considère pas de système de stockage de l’énergie. Cette méthode ne peut pas être appliquée à toute communauté d’énergie.
En outre, la demande de brevet W020200709 A1 décrit un procédé de validation d’un multiflot (ensemble de flux) d’affectation d’énergie. Pour ce procédé, on réalise une étape de calcul d’affectation d’énergie par une méthode d’optimisation mathématique. Toutefois, ce procédé ne détaille pas précisément la méthode d’optimisation mathématique mise en oeuvre. De plus, pour ce procédé, tous les flux électriques semblent être déterminés simultanément, ce qui complexifie la résolution du problème d’optimisation, en particulier pour une réalisation en temps réel.
Résumé de l’invention
L’invention a pour but de déterminer précisément des flux électriques au sein d’une communauté d’énergie, de manière rapide et simple, avec des besoins limités en moyens informatiques (processeurs et mémoire), et tout en limitant le nombre de compteurs. Dans ce but, la présente invention concerne un procédé de détermination de flux électriques au sein d’une communauté d’énergie, dans lequel on construit un modèle de conversation du flux, on mesure au moins un flux électrique, on attribue un niveau de priorité à chaque flux, et on applique une méthode itérative pour déterminer les flux électriques au moyen d’une méthode d’optimisation mathématique appliquant le modèle de conservation du flux. Les étapes de la méthode itérative sont réalisées dans l’ordre des niveaux de priorité attribués. L’application d’une méthode itérative en fonction d’un ordre de priorité permet une convergence simple et rapide vers une détermination des flux électriques (en prenant en compte les différentes contraintes), ce qui permet l’application du procédé en temps réel.
L’invention concerne en outre un procédé de contrôle d’une communauté d’énergie, un procédé d’adaptation d’une communauté d’énergie, et une communauté d’énergie mettant en oeuvre le procédé de détermination de flux électriques selon l’invention.
L’invention concerne un procédé de détermination de flux électriques au sein d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant de ladite communauté d’énergie étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique, et ladite communauté d’énergie étant caractérisée par une topologie, qui définit des noeuds pour chaque composant ainsi que des connexions entre lesdits noeuds. Pour ce procédé, on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On construit un modèle de conservation du flux électrique pour chaque nœud de ladite communauté d’énergie en fonction desdites connexions de ladite topologie de ladite communauté d’énergie ; b. On attribue un niveau de priorité à chaque flux électrique de ladite topologie, ledit niveau de priorité étant déterminé parmi un premier niveau de priorité et au moins un niveau supérieur de priorité, chaque niveau supérieur étant moins prioritaire qu’un niveau inférieur ; c. On mesure au moins un flux électrique en un nœud par ledit moyen de mesure ; d. On détermine les flux électriques appartenant audit premier niveau de priorité par une méthode d’optimisation qui minimise la somme des flux électriques en fonction dudit au moins un flux électrique mesuré et en fonction dudit modèle de conservation du flux électrique en chaque nœud ; et e. On répète ladite méthode d’optimisation pour chaque niveau supérieur de priorité pour déterminer les flux électriques, chaque répétition de la méthode d’optimisation prenant en compte les flux électriques déterminés pour chaque niveau de priorité inférieur.
Selon un mode de réalisation, ladite méthode d’optimisation met en œuvre un algorithme de programmation linéaire.
Avantageusement, lorsque ledit algorithme de programmation linéaire détermine une pluralité de solutions, ladite méthode d’optimisation met en œuvre un algorithme de programmation quadratique.
De manière avantageuse, ledit algorithme de programmation quadratique est contraint par une règle de répartition du flux électrique prédéfinie.
De préférence, ladite règle de répartition du flux électrique prédéfinie est choisie parmi une répartition pondérée, une répartition proportionnelle à la consommation électrique ou une combinaison des deux.
Conformément à une mise en œuvre, ladite méthode d’optimisation est contrainte par ledit flux électrique mesuré obtenu par un moyen de mesure certifié.
Selon un aspect, ladite méthode d’optimisation est apte à ajuster un flux électrique mesuré obtenu par un moyen de mesure non certifié.
De plus, l’invention concerne un procédé de contrôle d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique. Pour ce procédé, on met en œuvre les étapes suivantes : a. On détermine des flux électriques au sein de ladite communauté d’énergie au moyen du procédé selon l’une des caractéristiques précédentes ; et b. On contrôle au moins un composant de ladite communauté d’énergie en fonction desdits flux électriques déterminés.
En outre, l’invention concerne un procédé d’adaptation d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique. Pour ce procédé, on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On détermine des flux électriques au sein de ladite communauté d’énergie au moyen du procédé selon l’une des caractéristiques précédentes ; et b. On adapte ladite communauté d’énergie en fonction desdits flux électriques déterminés, par ajout ou suppression d’au moins un composant ou par modification d’au moins un composant.
L’invention concerne également une communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique. Elle comprend des moyens informatiques pour mettre en oeuvre le procédé de détermination de flux électriques selon l’une des caractéristiques précédentes, et éventuellement que des moyens d’affichage des flux électriques déterminés.
D'autres caractéristiques et avantages des procédés et du système selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 illustre les étapes du procédé de détermination de flux électriques selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 illustre les étapes du procédé de contrôle d’une communauté d’énergie selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 illustre les étapes du procédé d’adaptation d’une communauté d’énergie selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 4 illustre, pour un exemple, une topologie d’une communauté d’énergie.
Les figures 5A à 5C illustrent les étapes itératives de détermination de flux électriques pour l’exemple de la figure 4.
La figure 6 illustre l’énergie consommée à partir du réseau de distribution pour l’exemple de la figure 4, l’énergie consommée étant mesurée par un compteur officiel et déterminée par le procédé selon l’invention.
La figure 7 illustre l’énergie produite transférée réseau de distribution pour l’exemple de la figure 4, l’énergie produite étant mesurée par un compteur officiel et déterminée par le procédé selon l’invention.
La figure 8 illustre les flux d’énergies de différents composants de la communauté d’énergie de la figure 4, les flux d’énergie étant mesurés ou déterminés au moyen du procédé selon l’invention.
La figure 9 illustre les erreurs entre les flux mesurés et les flux déterminés par le procédé selon l’invention, pour l’exemple de la figure 4.
La figure 10 illustre les origines de l’énergie transférée vers le consommateur de la communauté d’énergie pour l’exemple de la figure 4.
Description des modes de réalisation
La présente invention concerne un procédé de détermination de flux électriques au sein d’une communauté d’énergie. Une communauté d’énergie est définie comme étant une entité autonome qui rassemble des composants pouvant consommer, produire ou stocker de l’énergie. Les membres de cette communauté peuvent s’échanger de l’énergie de manière à optimiser leur consommation selon des critères économiques, environnementaux ou sociaux. Cette communauté d’énergie est raccordée au réseau de distribution d’électricité, qui permet de fournir la communauté d’énergie lorsqu’elle consomme plus d’énergie qu’elle n’en produit, ou à l’inverse de fournir de l’énergie au réseau de distribution d’électricité lorsqu’elle produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Un flux électrique est une quantité d’énergie, qui peut correspondre soit :
- A la quantité d’énergie électrique transférée entre deux composants de la communauté d’énergie,
- A la quantité d’énergie électrique transférée entre le réseau de distribution électrique et un composant de la communauté d’énergie, ou A la quantité d’énergie entrante et/ou sortante d’un composant de la communauté d’énergie.
Ainsi, une communauté d’énergie, également appelé système énergétique ou réseau d’énergie, peut comprendre une pluralité de composants choisis parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique. De préférence, la communauté d’énergie peut comprendre au moins un système producteur, un système consommateur et une connexion à un réseau de distribution électrique. Avantageusement, la communauté d’énergie peut comprendre au moins un système producteur, un système consommateur, une connexion à un réseau de distribution électrique et un moyen de stockage d’énergie.
Le système producteur d’énergie peut notamment comprendre au moins un système producteur d’énergie renouvelable (tel qu’au moins un panneau photovoltaïque, au moins une éolienne, une centrale hydraulique, une centrale biomasse), ou tout autre centrale électrique, par exemple une centrale nucléaire, une centrale au gaz, etc.
Le système consommateur d’énergie peut notamment comprendre au moins un bâtiment (par exemple un bâtiment à usage d’habitation, un bâtiment industriel, ou un bâtiment à usage professionnel) et l’ensemble des équipements électriques intégrés au bâtiment (par exemple pour du chauffage, des outils industriels, de la cuisine, de l’informatique, etc.), ou un équipement partagé (par exemple de l’éclairage public, une borne de charge de véhicule), etc.
Un moyen de stockage d’énergie peut notamment être une batterie, un système de stockage de gaz comprimé, une pile à combustible, ou tout moyen analogue.
La communauté d’énergie est caractérisée par une topologie, qui définit des noeuds pour chaque composant et des connexions entre lesdits noeuds. En d’autres termes, la communauté d’énergie est représentée par un réseau comprenant des noeuds et des liaisons entre les noeuds, les noeuds représentant les composants de la communauté d’énergie et les liaisons représentant les connexions entre les composants. Avantageusement, la topologie peut comprendre pour chaque nœud le type de composant parmi système producteur d’énergie, système consommateur d’énergie, moyen de stockage d’énergie et connexion avec le réseau de distribution d’énergie.
De plus, la communauté d’énergie comprend au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, et éventuellement un moyen de reconstruction d’un flux électrique d’un composant à partir des mesures. En d’autres termes, un moyen de mesure capte un flux électrique sortant et/ou entrant d’un composant de la communauté d’énergie. Ce moyen de mesure est généralement appelé compteur. Ce moyen de mesure peut être certifié (officiel, certifié MID pour la facturation) ou non certifié. Un moyen de mesure certifié est un moyen de mesure dont la mesure est correcte, et qui peut servir notamment au fournisseur d’énergie électrique pour la facturation. Il peut s’agir par exemple d’un compteur Linky tel que déployé en France. Un moyen de mesure non certifié est un moyen de mesure dont la mesure peut être soumise à des imprécisions de mesure. Il peut s’agir d’un compteur informel placé sur un panneau photovoltaïque ou tout autre composant.
Le procédé selon l’invention met en oeuvre les étapes suivantes :
1 ) Construction d’un modèle de conservation du flux
2) Attribution d’un niveau de priorité
3) Mesure de flux électriques
4) Détermination de flux électriques du premier niveau de priorité
5) Détermination de flux électriques des autres niveaux de priorité
Les étapes peuvent être mises en oeuvre par des moyens informatiques, notamment un ordinateur, un serveur ou un calculateur. Les étapes 1 et 2 peuvent être mises en oeuvre une seule fois hors ligne, puis les étapes 3 à 5 peuvent être mises en oeuvre en temps réel ou pour une période passée. Les étapes 1 et 2 peuvent être réalisées dans cet ordre, en ordre inverse ou simultanément. Les étapes seront détaillées dans la suite de la description.
La figure 1 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé selon un mode de réalisation de l’invention. A partir de la topologie TOP de la communauté d’énergie, on construit un modèle de conservation de flux MCF et on attribue un niveau de priorité NIP à chaque flux électrique de la topologie. On mesure des flux électriques MES par les moyens de mesure. On applique alors une première fois une méthode d’optimisation OPT 1 pour le premier niveau de priorité, pour déterminer des flux électriques Fe1 en fonction des mesures MES et du modèle de conservation du flux MCF. Puis, on répète, pour chaque niveau de priorité, une méthode d’optimisation OPTN pour déterminer les flux électriques FeN, en fonction des mesures MES et du modèle de conservation du flux MCF. La répétition (itération) est indiquée par la flèche de rétroaction N=N+1 . Cette répétition de la méthode d’optimisation prenant en compte les flux électriques déterminés pour les niveaux de priorité antérieurs.
1 ) Construction d’un modèle de conservation du flux Lors de cette étape, on construit un modèle de conservation du flux électrique pour chaque nœud de la communauté d’énergie en fonction de la topologie de la communauté d’énergie. En d’autres termes, pour chaque composant de la communauté d’énergie, on applique un modèle de conservation du flux qui impose que la somme de tous les flux en ce nœud (sortant ou respectivement entrant) est égale à l’énergie du composant (produite ou respectivement consommée). Ce modèle, qui traduit l’équilibre énergétique de chaque composant, permet une bonne représentativité des échanges électriques au sein de la communauté d’énergie, assurant la détermination précise de flux électriques au sein de la communauté d’énergie.
Conformément à une mise en œuvre, au sein de la topologie et pour la construction du modèle de conservation du flux, les moyens de stockage peuvent être vus comme un nœud qu’on peut diviser en un nœud consommateur et un nœud un producteur.
Pour mettre en œuvre le modèle de conservation du flux électrique, on identifie au moyen de la topologie de la communauté d’énergie, l’ensemble des flux électriques de la communauté d’énergie.
Dans la suite, on décrit une mise en œuvre de ce modèle de conservation du flux électrique :
On note FPi,cj un flux électrique allant d’un système producteur Pi à un système consommateur Cj.
On note également adj(Pi) l’ensemble des systèmes consommateurs ayant un flux provenant du système producteur Pi, et adj(Ci) l’ensemble des systèmes producteurs ayant un flux allant au système consommateur Ci.
Pour chaque système producteur, on peut écrire l’équation suivante :
Avec pi la quantité d’énergie électrique produite par le système producteur i, qui peut être mesurée ou déduite des mesures.
Pour chaque système consommateur, on peut écrire l’équation suivante : Avec ci la quantité d’énergie consommée par le système consommateur i, qui peut être mesurée ou déduite des mesures.
On peut écrire l’ensemble des équations dans une expression de la forme pour former un modèle de conservation du flux :
Avec x un vecteur comprenant tous les flux d’énergie possibles, et la matrice A et le vecteur B peuvent être construits de manière à respecter les équations précédentes.
Etant donné que les flux électriques sont formulés depuis un système producteur à un système consommateur, on peut écrire l’inéquation suivante : x > 0.
2) Attribution d’un niveau de priorité
Lors de cette étape, on attribue un niveau de priorité à chaque flux électrique de la topologie. Le niveau de priorité est déterminé au sein d’une classification qui comprend un premier niveau de priorité et au moins un niveau supérieur de priorité, chaque niveau supérieur étant moins prioritaire qu’un niveau inférieur (les notions de supérieurs et inférieurs sont liés au numéro de la priorité : le premier niveau de priorité est un niveau inférieur au deuxième niveau de priorité, qui lui-même est inférieur au troisième niveau de priorité). Le niveau de priorité permet de prioriser certains flux sur d’autres. Autrement dit, le niveau de priorité traduit le fait que certains flux électriques peuvent prendre de l’énergie électrique qui est disponible alors que d’autres flux électriques peuvent se contenter du surplus.
Par exemple, l’énergie électrique produite par un système producteur est prévu dans un premier temps pour fournir de l’énergie à un système consommateur, et si toute l’énergie n’est pas consommée, à fournir de l’énergie à un moyen de stockage d’énergie. Pour cet exemple, le flux d’énergie du système producteur au système consommateur est de premier niveau de priorité, et le flux d’énergie du système producteur au moyen de stockage d’énergie est de deuxième niveau de priorité.
De manière avantageuse, le niveau de priorité peut être prédéterminé, par exemple au moyen d’un système de contrôle de la communauté d’énergie, en fonction d’une stratégie de contrôle appliquée à la communauté d’énergie. Une telle stratégie de contrôle peut comprendre une maximisation de l’utilisation de l’énergie produite par un système producteur au sein de la communauté d’énergie, une maximisation de l’utilisation du système de stockage de l’énergie, une maximisation de la fourniture d’énergie au réseau de distribution, une maximisation de consommation d’énergie renouvelable, une maximisation d’un critère de proximité (un système producteur va fournir de l’énergie électrique en premier lieu aux composants les plus proches géographiquement), etc. ou toute combinaison de ces stratégies.
Mesure de flux é
Lors de cette étape, on mesure au moins un flux électrique en un nœud par le moyen de mesure de flux électrique. En d’autres termes, on mesure un flux électrique entrant ou sortant d’un composant de la communauté d’énergie. Par exemple, il peut s’agir d’un flux électrique fourni par le réseau de distribution électrique, ou un flux électrique produit par un système producteur (il s’agit de la quantité pi définie ci-dessus pour le modèle de conservation du flux) ou un flux électrique consommé par un système consommateur (il s’agit de la quantité ci définie ci-dessus par le modèle de conservation du flux).
Si le moyen de mesure est certifié (officiel), alors on appelle la mesure « mesure certifiée » ou « mesure officielle », et si le moyen de mesure n’est pas certifié (non officiel), alors on appelle la mesure « mesure non certifiée » ou « mesure non officielle ».
Détermination de flux électriques du premier niveau de
Lors de cette étape, on détermine des flux électriques appartenant au premier niveau de priorité (déterminé à l’étape 2) par une méthode d’optimisation qui minimise les flux électriques en fonction des mesures de flux électriques de l’étape 3 et en mettant en œuvre le modèle de conservation de flux construit à l’étape 1 . En d’autres termes, on détermine les flux électriques appartenant au premier niveau de priorité par une minimisation d’une fonction obtenue par le modèle de conservation du flux, la minimisation étant contrainte par les mesures.
Selon un mode de réalisation, la méthode d’optimisation peut mettre en œuvre un algorithme de programmation linéaire, et/ou un algorithme de programmation quadratique. Ces algorithmes permettent une détermination de flux électriques de manière précise, robuste et rapide. La programmation linéaire (de l’anglais « linear programming »), également appelée optimisation linéaire, est une méthode permettant d’obtenir le meilleur résultat dans un modèle mathématique dont les exigences sont représentées par des relations linéaires. La programmation linéaire est un cas particulier de la programmation mathématique (également appelée optimisation mathématique). Plus formellement, la programmation linéaire est une technique d’optimisation d’une fonction objectif linéaire, soumise à des contraintes d’égalité et d’inégalité linéaires. Sa région réalisable est un polytope convexe, qui est un ensemble défini comme l’intersection d’un nombre fini de demi-espaces, dont chacun est défini par une inégalité linéaire. Sa fonction objectif est une fonction affine (linéaire) à valeur réelle définie sur ce polyèdre. Un algorithme de programmation linéaire trouve un point du polytope où cette fonction a la plus petite (ou la plus grande) valeur, si un tel point existe. La programmation quadratique (de l’anglais « quadratic programming ») est un processus de résolution de certains problèmes d’optimisation mathématique impliquant des fonctions quadratiques. Plus précisément, on cherche à optimiser (minimiser ou maximiser) une fonction quadratique multivariée soumise à des contraintes linéaires sur les variables. La programmation quadratique est un type de programmation non linéaire.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, la méthode d’optimisation peut mettre en oeuvre un algorithme de programmation linéaire. De plus, dans le cas où l’algorithme de programmation linéaire détermine une pluralité de solutions, la méthode d’optimisation peut mettre en oeuvre un algorithme de programmation quadratique. Ainsi, la méthode de programmation quadratique n’est appliquée qu’aux optimisations les plus complexes, ce qui favorise la rapidité, et limite les processeurs ainsi que la mémoire informatique nécessaires pour déterminer les flux électriques. Ainsi, le procédé peut être appliqué en temps réel.
Selon un aspect de l’invention, lorsque la méthode d’optimisation met en oeuvre un algorithme de programmation quadratique, cet algorithme de programmation quadratique peut être contraint par une règle prédéfinie de répartition des flux électriques. Une telle règle de répartition des flux électriques traduit pour des composants du même niveau de priorité comment se répartissent les flux électriques entre ces composants. Par exemple, une telle règle peut s’appliquer lorsque la communauté d’énergie comprend un système producteur et deux systèmes consommateurs de même niveau de priorité, il s’agit alors de répartir l’énergie produite par le système producteur entre les deux systèmes consommateurs. La règle de répartition peut être notamment choisie parmi une répartition pondérée, une répartition proportionnelle à la consommation électrique, ou une combinaison des deux.
Selon un aspect de l’invention, la méthode d’optimisation peut être contrainte par le flux électrique mesuré obtenu par un moyen de mesure officiel (certifié). En d’autres termes, lorsque le flux électrique mesuré est certifié, cette mesure sert de contrainte pour la méthode d’optimisation. De cette manière, les flux électriques déterminés sont conformes à la mesure à l’endroit de la mesure.
Additionnellement ou alternativement, lorsque le flux électrique mesuré est obtenu par un moyen de mesure non certifié, cette mesure peut servir de contrainte pour la méthode d’optimisation. En d’autres termes, cette mesure non certifiée sert de contrainte pour la méthode d’optimisation. De cette manière, les flux électriques déterminés sont conformes à la mesure à l’endroit de la mesure. En variante, lorsque le flux électrique mesuré est obtenu par un moyen de mesure non certifié, cette mesure peut être ajustée par la méthode d’optimisation. Ainsi, un degré de liberté supplémentaire peut être laissé à la méthode d’optimisation, tout en respectant au maximum ce qui a été mesuré, pour conserver une bonne représentativité des flux électriques déterminés.
Un exemple non limitatif de réalisation de la détermination de flux magnétiques est décrit dans la suite de la description.
En appliquant le modèle de conservation du flux en chaque nœud appartenant au premier niveau de priorité, on peut résoudre le problème d’optimisation suivant :
Avec N le nombre de flux d’énergies, Xi les flux énergétiques.
On peut résoudre ce problème au moyen d’un algorithme de programmation linéaire standard.
Le problème ci-dessus peut ne pas avoir de solutions si les mesures sont incohérentes entre elles, et c’est quelque chose de très probable si les mesures sont toutes indépendantes entre elles, du fait des erreurs de mesure. Les mesures, notées y, correspondent à des sommes de certains flux énergétiques et peuvent être liées au vecteur de flux électriques x par une matrice M de la manière suivante :
On note y le vecteur des flux réels mesurés et certifiés. On note A la matrice qui permet de sélectionner les mesures certifiées. On peut alors ajouter la contrainte suivante au problème d’optimisation :
\‘l \M.f t
Pour pallier le cas pour lequel l’incohérence des mesures ne permet pas de respecter les deux contraintes suivantes (conservation du flux et contrainte des mesures) : et On peut considérer un vecteur u des flux entrant et sortant de la communauté d’énergie et B une matrice de telle sorte que :
Cette équation devient alors la nouvelle équation de conservation d’énergie. On peut noter que u > 0. On peut ajouter éventuellement une contrainte pour interdire la possibilité d’avoir un moyen de stockage d’énergie qui se décharge et se charge simultanément. On peut alors formuler le problème d’optimisation par :
On définit E(p) comme étant une matrice identité découpée de manière à conserver uniquement les lignes de flux électriques déterminés aux niveaux de priorité inférieurs. On définit également z(p-1) un vecteur des flux électriques déterminés aux niveaux de priorité inférieurs. Et on peut écrire :
Cette formule permet d’assurer que les valeurs de flux électriques déterminées pour les niveaux de priorité inférieurs soient conservées dans x. Cette matrice et ce vecteur sont utilisés dans l’étape 5. Dans l’étape 4, pour le premier niveau de priorité, aucun flux électrique n’a été déterminé préalablement.
Le problème d’optimisation peut alors s’écrire :
Avec L(p)Tx est la fonction de coût dans le problème linéaire, x(p) l’ensemble des flux électriques du niveau de priorité p et p indique le problème d’optimisation pouvant être résolue par un algorithme de programmation linéaire du niveau de priorite p. On résout ce problème au moyen d’un algorithme de programmation linéaire. Si ce problème a une unique solution, notamment s’il y a un nombre de flux autorisés en accord avec le nombre de mesures disponibles, la solution unique définit les flux électriques du niveau de priorité p et on passe directement à l’étape suivante avec un niveau de priorité p+1 (étape 5). Si ce problème a une infinité de solutions, notamment s’il y a trop de flux autorisés par rapport au nombre de mesures disponibles (le problème est sous-défini), on applique alors un algorithme de programmation quadratique. L’algorithme de programmation quadratique permet de déterminer une unique solution qui assure un bon fonctionnement de la communauté d’énergie, c’est-à-dire sans choisir une solution parmi l’infinité de solutions qui peuvent avantager certains composants de la communauté énergétique et en désavantager d’autres.
Dans ce cas, on peut appliquer une règle de répartition, notamment parmi l’une des trois règles suivantes :
1. Une règle de répartition pondérée, qui répartit l’énergie selon des pondérations prédéterminées pour chaque flux électrique d’un niveau de priorité p. On note ePi cj la pondération de répartition pour le flux FPi,cj et on peut écrire des contraintes de l’optimisation :
Avec adjp(X) l’ensemble des composants qui ont un flux venant ou allant vers le composant X au niveau de priorité p (si ce composant est un système consommateur ou un système producteur), Cs la mesure de consommation sur le composant énergétique
2. Une règle de répartition proportionnelle (appelée aussi prorata), qui répartit l’énergie au prorata de la consommation de chaque des systèmes consommateurs, on peut écrire une contrainte de l’optimisation
Avec Cs la mesure de consommation sur le composant énergétique, 3. Une combinaison des deux précédentes règles, pour laquelle on peut écrire la contrainte de l’optimisation suivante :
On peut reformuler ces contraintes de la manière suivante :
//’ -■' ■ H
Avec H(p) une matrice formée pour le niveau de priorité p à partir des contraintes formulées ci- dessus. On peut alors écrire le problème d’optimisation de la manière suivante :
L(p)Tx est la fonction de coût dans le problème linéaire et P indique le problème d’optimisation pouvant être résolue par un algorithme de programmation linéaire du niveau de priorité p.
On peut résoudre ce problème par un algorithme de programmation quadratique. De manière avantageuse, pour être sûr que les objectifs linéaire et quadratique ne rentrent pas en concurrence, on peut déterminer une première solution au moyen de l’algorithme de programmation linéaire qu’on note x* et on peut écrire le problème résolu par l’algorithme de programmation quadratique de la manière suivante :
La solution de ce problème définit les flux électriques du niveau de priorité p et on passe directement à l’étape suivante avec un niveau de priorité p+1 (étape 5).
Ainsi, la méthode d’optimisation permet de déterminer les flux électriques appartenant au premier niveau de priorisation.
5) Détermination de flux électriques des autres niveaux de priorité
Lors de cette étape, on répète la méthode d’optimisation mise en oeuvre à l’étape 4, pour chaque niveau de priorité, et à chaque itération, la méthode d’optimisation prend en compte les flux électriques déterminés pour le(s) niveau(x) de priorité inférieur(s) (par exemple pour le deuxième niveau de priorité, la méthode d’optimisation prend en compte les flux électriques déterminés pour le premier niveau de priorité, et pour le troisième niveau de priorité, la méthode d’optimisation prend en compte les flux électriques déterminés pour le premier niveau de priorité et le deuxième niveau de priorité). Chaque itération permet de déterminer des flux électriques du niveau de priorité considéré, en conservant les flux électriques déterminés pour les niveaux de priorité inférieurs. Ainsi, le procédé met en oeuvre une méthode itérative qui détermine les flux électriques par niveau de priorité. L’application d’une méthode itérative en fonction d’un ordre de priorité permet une convergence simple et rapide vers une détermination des flux électriques (en prenant en compte les différentes contraintes), ce qui permet l’application du procédé en temps réel.
Pour le mode de réalisation mettant en oeuvre les problèmes d’optimisation exemplifiés à ' et F l’étape 4, on peut résoudre les problèmes f ~ de manière itérative en faisant croître le niveau de priorité p, l’algorithme de programmation quadratique pouvant être appliqué uniquement si l’algorithme de programmation linéaire détermine une infinité de solutions.
De plus, l’invention concerne un procédé de contrôle d’une communauté d’énergie, dans lequel on met en oeuvre les étapes suivantes : a) On détermine des flux électriques au sein de la communauté d’énergie au moyen du procédé de détermination de flux électriques selon l’une quelconque des variantes ou l’une quelconque des combinaisons de variantes décrites ci-dessus ; et b) On contrôle au moins un composant de la communauté d’énergie en fonction des flux électriques déterminés.
La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé selon un mode de réalisation du procédé de contrôle. Les étapes identiques à la figure 1 ne sont pas redécrits. Le procédé comprend en outre une étape de contrôle CON de la communauté d’énergie en fonction des flux électriques déterminés FeN. Par exemple, si la consommation d’énergie dépasse la demande, on peut démarrer certains composants afin d’augmenter la production d’énergie ponctuelle. A l’inverse, si la production d’énergie dépasse la consommation, on peut utiliser le surplus d’énergie produite pour stocker de l’énergie, par exemple dans des batteries ou dans des moyens de stockage d’énergie par air comprimé ou en stockant de l’eau dans des barrages hydroélectriques. Avantageusement, l’étape de contrôle peut notamment mettre en oeuvre au moins une action parmi les actions suivantes :
- On pilote au moins un moyen de stockage d’énergie pour stocker et/ou restituer l’énergie en fonction des flux électriques déterminés, par exemple en stockant de l’énergie dans un moyen de stockage d’énergie si les flux électriques provenant d’un système producteur sont fournis au réseau de distribution d’électricité alors que le moyen de stockage d’énergie n’est pas complètement chargé,
- On pilote au moins un système producteur en fonction des flux électriques déterminés, par exemple en augmentant la production d’un système producteur si le système producteur n’est pas en pleine charge, et si le réseau de distribution d’électricité est sollicité, c’est-à-dire s’il existe au moins un flux électrique non nul en provenance du réseau de distribution d’électricité,
On pilote au moins un système consommateur en fonction des flux électriques déterminés, par exemple en réduisant la consommation d’un système consommateur si le réseau de distribution d’électricité est sollicité, c’est-à-dire qu’il existe au moins un flux électrique non nul en provenance du réseau de distribution d’électricité, etc.
En outre, l’invention concerne un procédé d’adaptation d’une communauté d’énergie, pour lequel on met en oeuvre les étapes suivantes : a) On détermine des flux électriques au sein de la communauté d’énergie au moyen du procédé de détermination de flux électriques selon l’une quelconque des variantes ou l’une quelconque des combinaisons de variantes décrites ci-dessus ; et b) On adapte la communauté d’énergie en fonction des flux électriques déterminés.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, les étapes du procédé selon un mode de réalisation du procédé de contrôle. Les étapes identiques à la figure 1 ne sont pas redécrits. Le procédé comprend en outre une étape d’adaptation ADA de la communauté d’énergie en fonction des flux électriques déterminés FeN.
Avantageusement, l’étape d’adaptation peut mettre en oeuvre au moins une action parmi les actions suivantes : a) On ajoute au moins un système producteur pour produire plus d’énergie, par exemple si le réseau de distribution d’électricité est sollicité, c’est-à-dire qu’il existe au moins un flux électrique non nul en provenance du réseau de distribution d’électricité, b) On ajoute au moins un moyen de stockage d’énergie pour stocker plus d’énergie, par exemple si une partie de l’énergie produite est distribué au réseau de distribution électrique, c’est-à-dire qu’il existe au moins un flux électrique non nul en provenance d’un système producteur vers le réseau de distribution électrique, c) On modifie au moins un moyen de stockage d’énergie pour stocker plus d’énergie, s’il n’est pas adapté aux flux électriques entrant ou sortant, par exemple en remplaçant un moyen de stockage d’énergie par un autre système de stockage d’énergie avec une plus grande capacité de stockage, d) On ajoute au moins une connexion entre deux composants de la communauté d’énergie, par exemple entre un système producteur et un moyen de stockage d’énergie, notamment s’il existe un flux électrique non nul en provenance d’un système producteur vers le réseau de distribution électrique alors qu’un moyen de stockage d’énergie n’est pas chargé par ce système producteur, e) On modifie une connexion entre deux composants, par exemple si une connexion n’est pas dimensionnée pour le flux électrique entre ces deux composants, etc.
L’invention concerne également une communauté d’énergie qui comprend une pluralité de composants choisis parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique. De plus, la communauté d’énergie comprend des moyens informatiques, tels qu’un ordinateur, un serveur ou un calculateur, pour mettre en oeuvre les étapes du procédé de détermination de flux électriques selon l’une quelconque des variantes précédentes, ou l’une quelconque des combinaisons des variantes précédentes.
De préférence, la communauté d’énergie peut comprendre au moins un système producteur, un système consommateur et une connexion à un réseau de distribution électrique. Avantageusement, la communauté d’énergie peut comprendre au moins un système producteur, un système consommateur, une connexion à un réseau de distribution électrique et un moyen de stockage d’énergie.
Conformément à une mise en oeuvre de l’invention, la communauté d’énergie peut comprendre en outre des moyens d’affichage des flux électriques déterminés. Avantageusement, les moyens d’affichage peuvent être inclus dans les moyens informatiques. En variante, les moyens d’affichage peuvent être liés à au moins un composant de la communauté d’énergie. Selon un mode de réalisation, la communauté d’énergie peut comprendre au moins un moyen de contrôle d’au moins un composant de la communauté d’énergie, pour piloter un composant de la communauté d’énergie en fonction des flux électriques déterminés.
Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l'exemple d'application ci-après.
Cet exemple concerne une communauté d’énergie d’un bâtiment à usage professionnel, qui possède un système producteur par panneaux photovoltaïques, un système consommateur (le bâtiment), une batterie pour stocker de l’énergie, et une connexion au réseau de distribution électrique. Pour cet exemple, la batterie est commandée en temps réel par un algorithme de gestion d’énergie, en lui imposant de se charger ou se décharger d’une certaine quantité d’énergie à différents instants.
On applique cet exemple à des mesures réalisées entre le 21 et le 26 novembre 2021 . Les mesures sont échantillonnées à 10 minutes. Les moyens de mesure de la communauté d’énergie comprennent :
- Un compteur certifié (Linky) du bâtiment, agencé en amont du système producteur, de la batterie et du bâtiment,
- Un compteur non certifié aux bornes des panneaux photovoltaïques, et
- Un compteur non certifié aux bornes de la batterie.
De plus, on peut reconstruire une mesure de l’énergie consommée par le bâtiment à partir des mesures des trois compteurs.
La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, la topologie de la communauté d’énergie. La communauté d’énergie est connectée au réseau de distribution RES par des moyens de connexions 0. Les panneaux photovoltaïques (système producteur) 147 fournissent une quantité P1 d’énergie électrique. Le bâtiment 146 (système consommateur) consomme une quantité C1 d’énergie électrique. La batterie 148 est illustrée par un élément 148C pour la charge de la batterie qui a une consommation Pc1 , et par un élément 148D pour la décharge de la batterie qui fournit une énergie Pd1. Le nœud 145 représente un dispositif qui fait l’interface entre le système consommateur, le système producteur, les moyens de stockage et le réseau de distribution électrique. Il peut s’agir d’une armoire électrique, dans laquelle tout est câblée, et qui permet la commutation des flux énergétiques. Les flèches illustrent les connexions entre les différents composants de la communauté d’énergie.
On attribue à cette topologie trois niveaux de priorité :
- Un premier niveau de priorité : o Flux électrique du système producteur 147 vers le bâtiment 146, Un deuxième niveau de priorité : o Flux électrique du système producteur 147 vers la batterie 148, o Flux électrique de la batterie 148 vers le bâtiment 146, Un troisième niveau de priorité : o Flux électrique du réseau de distribution 0 vers le bâtiment 146, o Flux électrique du réseau de distribution 0 vers la batterie 148, et o Flux électrique du système producteur 147 vers le réseau de distribution 0.
On applique ensuite la méthode itérative de détermination des flux électriques par niveau de priorité selon l’invention. La figure 5 illustre l’ordre de détermination des flux électriques. Sur cette figure, les flèches en traits pointillés correspondent aux flux électriques de niveau de priorité supérieur non considéré à ce stade, les flèches en traits continus fins correspondent aux flux électriques du niveau de priorité considéré, et les flèches en traits continus épais correspondent aux flux électriques de(s) niveau(x) de priorité inférieur(s) et qui sont fixés à ce stade. La communauté d’énergie comprend un système producteur 147 fournissant une énergie P1 , un bâtiment 146 consommant une énergie C1 , une batterie 148 (représentée par une charge 148C consommant une énergie Pc1 et une décharge 148D fournissant une énergie Pd1 ), une connexion au réseau de distribution RES. La figure 5A illustre la première étape pour les flux électriques du premier niveau de priorité. La figure 5B illustre la deuxième étape pour les flux électriques du deuxième niveau de priorité. La figure 5C illustre la troisième étape pour les flux électriques du troisième niveau de priorité.
Pour l’exemple, on applique la méthode d’optimisation telle qu’illustrée aux étapes 4 et 5, la méthode d’optimisation étant contrainte par les trois mesures : la mesure certifiée et les mesures non certifiées. La méthode d’optimisation permet de déterminer les différents flux électriques au sein de la communauté d’énergie.
La figure 6 illustre le flux d’énergie Ef en kWh sortant du réseau de distribution électrique en fonction de la date. La figure 6 représente ce flux électrique mesuré et ce flux électrique déterminé par le procédé selon l’invention. Les deux courbes sont superposées, étant donné que la mesure de ce flux électrique résulte d’une mesure certifiée qui est une contrainte de la méthode d’optimisation. La figure 7 illustre le flux d’énergie Ef en kWh entrant dans le réseau de distribution électrique en fonction de la date. La figure 7 représente ce flux électrique mesuré et ce flux électrique déterminé par le procédé selon l’invention. Les deux courbes sont superposées, étant donné que la mesure de ce flux électrique résulte d’une mesure certifiée qui est une contrainte de la méthode d’optimisation.
La figure 8 illustre différents flux électriques Ef en kWh en fonction de la date. La courbe F146m correspond au flux électrique mesuré (en l’occurrence reconstruit) du bâtiment. La courbe F146e correspond au flux électrique déterminé par la méthode d’optimisation du bâtiment. La courbe F147m correspond au flux électrique mesuré des panneaux photovoltaïques. La courbe F147e correspond au flux électrique détermine par la méthode d’optimisation des panneaux photovoltaïques. La courbe F148Cm correspond au flux électrique de charge de la batterie mesuré. La courbe F148Ce correspond au flux électrique de charge de la batterie déterminé par le procédé selon l’invention. La courbe F148Dm correspond au flux électrique de décharge de la batterie mesuré. La courbe F148De correspond au flux électrique de décharge de la batterie déterminé par le procédé selon l’invention. La courbe F146m correspond au flux électrique mesuré consommé par le bâtiment et la courbe F146e correspond au flux électrique consommé par le bâtiment déterminé par le procédé selon l’invention. Les deux courbes F147m et F147e sont superposées, étant donné que la mesure de flux des panneaux photovoltaïque est une contrainte de la méthode d’optimisation. De même, les deux courbes F148Cm et F148Ce ainsi que les deux courbes F148Dm et F148De sont superposées, étant donné que la mesure de flux électrique de la batterie est une contrainte de la méthode d’optimisation. De plus, les courbes F146e et F146m sont très proches l’une de l’autre.
La figure 9 illustre les erreurs des flux électriques eEF en kWh en fonction de la date. Les erreurs sont la différence entre la valeur mesurée et la valeur déterminée par le procédé selon l’invention. La courbe E146 correspond à l’erreur pour le flux électrique du bâtiment. La courbe E147 correspond à l’erreur pour le flux électrique du système producteur. La courbe E148C correspond à l’erreur pour le flux électrique de la batterie en charge et la courbe E148D correspond à l’erreur pour le flux électrique de la batterie en décharge. Les courbes E147, E148C et E148D sont nulles étant donné que les mesures associées sont des contraintes de la méthode d’optimisation. L’erreur pour le flux électrique du bâtiment E146 varie faiblement, la détermination de ce flux au moyen du procédé selon l’invention permet une bonne estimation de ce flux. Ainsi, le procédé selon l’invention respecte bien les contraintes, et permet une détermination précise du flux électrique du bâtiment, en cohérence avec la valeur reconstruite déterminée directement à partir des mesures.
La figure 10 est une courbe illustrant l’origine du flux d’énergie vers le bâtiment Ef en kWh en fonction de la date. La courbe PO concerne le flux d’énergie en provenance du réseau électrique, la courbe P147 concerne le flux d’énergie en provenance des panneaux photovoltaïques, et la courbe P148D concerne le flux d’énergie en provenance de la décharge de la batterie. Ainsi, le procédé selon l’invention permet de déterminer à tout instant les flux électriques au sein d’une communauté d’énergie.

Claims

Revendications
1. Procédé de détermination de flux électriques au sein d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant de ladite communauté d’énergie étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique, et ladite communauté d’énergie étant caractérisée par une topologie (TOP), qui définit des noeuds pour chaque composant ainsi que des connexions entre lesdits noeuds, caractérisé en ce qu’on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On construit un modèle de conservation du flux électrique (MCF) pour chaque nœud de ladite communauté d’énergie en fonction desdites connexions de ladite topologie (TOP) de ladite communauté d’énergie ; b. On attribue un niveau de priorité (NIP) à chaque flux électrique de ladite topologie (TOP), ledit niveau de priorité étant déterminé parmi un premier niveau de priorité et au moins un niveau supérieur de priorité, chaque niveau supérieur étant moins prioritaire qu’un niveau inférieur ; c. On mesure (MES) au moins un flux électrique en un nœud par ledit moyen de mesure ; d. On détermine les flux électriques appartenant audit premier niveau de priorité (Fe1 ) par une méthode d’optimisation (OPT1 ) qui minimise la somme des flux électriques en fonction dudit au moins un flux électrique mesuré et en fonction dudit modèle de conservation du flux électrique en chaque nœud ; et e. On répète ladite méthode d’optimisation pour chaque niveau supérieur de priorité (OPTN) pour déterminer les flux électriques (FeN), chaque répétition de la méthode d’optimisation prenant en compte les flux électriques déterminés pour chaque niveau de priorité inférieur.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ladite méthode d’optimisation (OPT1 , OPTN) met en œuvre un algorithme de programmation linéaire.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel lorsque ledit algorithme de programmation linéaire détermine une pluralité de solutions, ladite méthode d’optimisation met en œuvre un algorithme de programmation quadratique.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit algorithme de programmation quadratique est contraint par une règle de répartition du flux électrique prédéfinie.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite règle de répartition du flux électrique prédéfinie est choisie parmi une répartition pondérée, une répartition proportionnelle à la consommation électrique ou une combinaison des deux.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite méthode d’optimisation (OPT 1 , OPTN) est contrainte par ledit flux électrique mesuré obtenu par un moyen de mesure certifié.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite méthode d’optimisation (OPT, OPTN) est apte à ajuster un flux électrique mesuré obtenu par un moyen de mesure non certifié.
8. Procédé de contrôle d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique, caractérisé en ce qu’on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On détermine des flux électriques (FeN) au sein de ladite communauté d’énergie au moyen du procédé selon l’une des revendications précédentes ; et b. On contrôle (CON) au moins un composant de ladite communauté d’énergie en fonction desdits flux électriques déterminés (FeN).
9. Procédé d’adaptation d’une communauté d’énergie, ladite communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique, caractérisé en ce qu’on met en oeuvre les étapes suivantes : a. On détermine des flux électriques (FeN) au sein de ladite communauté d’énergie au moyen du procédé selon l’une des revendications 1 à 7 ; et b. On adapte (ADA) ladite communauté d’énergie en fonction desdits flux électriques déterminés (FeN), par ajout ou suppression d’au moins un composant ou par modification d’au moins un composant.
10. Communauté d’énergie comprenant une pluralité de composants et au moins un moyen de mesure de flux électrique d’un composant, chaque composant étant choisi parmi un système producteur d’énergie, un système consommateur d’énergie, un moyen de stockage d’énergie et une connexion à un réseau de distribution électrique, caractérisée en ce qu’elle comprend des moyens informatiques pour mettre en oeuvre le procédé de détermination de flux électriques selon l’une des revendications 1 à 7, et éventuellement des moyens d’affichage des flux électriques déterminés.
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