FR3044139A1 - METHOD FOR DETERMINING THE RESIDUAL DEMAND ADDRESSED TO A POWER GENERATION PARK - Google Patents
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Abstract
Procédé de détermination d'une demande résiduelle définie par la relation DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative d'une consommation électrique, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative d'une production photovoltaïque et eol(t,T) est une composante éolienne représentative d'une production éolienne. Le procédé comprend : - une étape de détermination (S2) au cours de laquelle, pour un ou plusieurs instants t et pour les instants T, on détermine un terme de prévision et un terme d'erreur de chaque composante à partir d'un processus autorégressif dans lequel, et - une étape de calage (S1) préalable au cours de laquelle, on détermine au moins des paramètres de prévision et d'erreur des processus autorégressifs et, pour les processus de prévision et d'erreur, une transformation fournissant le terme de prévision à partir du processus de prévision et une transformation fournissant le terme d'erreur à partir du processus d'erreur.Method for determining a residual demand defined by the relation DR (t, T) = Conso (t, T) - PV (t, T) - eol (t, T), where DR (t, T) is the demand residual, Conso (t, T) is a representative component of an electrical consumption, PV (t, T) is a photovoltaic component representative of a photovoltaic production and eol (t, T) is a representative wind component of a production wind turbine. The method comprises: - a determination step (S2) during which, for one or more times t and for the instants T, a forecast term and an error term of each component are determined from a process autoregressive system in which, and - a prior calibration stage (S1) during which at least prediction and error parameters of the autoregressive processes are determined and, for the forecasting and error processes, a transformation providing the prediction term from the forecasting process and a transformation providing the error term from the error process.
Description
Procédé de détermination de la demande résiduelle adressée à un parc de production d’électricité
La présente invention concerne la détermination de la demande résiduelle d’un parc de production d’électricité.
De manière connue, les parcs de production d’électricité sont commandés à la production de sorte que l’électricité produite et rendue disponible par le parc corresponde idéalement à chaque instant exactement à la quantité d’électricité soutirée au parc par les différents consommateurs qui y sont reliés.
Le développement des formes de production d’électricité photovoltaïques et éoliennes affecte de manière profonde les modalités de maintien en équilibre d’un parc de production électrique qui comprend de tels moyens de production. En effet, les productions éoliennes et photovoltaïques sont par construction peu pilotables puisqu’elles dépendent fortement de phénomènes extérieurs incontrôlables tels que le vent et l’ensoleillement. En satisfaisant une partie de la demande énergétique adressée aux parcs, elles affectent néanmoins en profondeur le niveau, la structure et la variabilité de la demande qui est adressée aux moyens de production historiques de type centrales thermiques (nucléaires, à charbon, à gaz, . . .), centrales hydrauliques, etc et qui coexistent avec les productions photovoltaïques et éoliennes au sein des mêmes parcs.
Elles introduisent également une plus grande incertitude dans le suivi de la charge du parc du fait de la faible prévisibilité des aléas météorologiques associés, cette incertitude s’ajoutant elle-même à la sensibilité de la consommation électrique vis-à-vis des conditions météorologiques.
Dans ce contexte, la demande résiduelle en électricité adressée à un parc de production, qui peut être définie comme la demande en électricité adressée à ce parc à un instant donné moins ce qui est rendu disponible par le photovoltaïque et par l’éolien, est rendue plus délicate à évaluer, ce qui demeure toutefois un aspect crucial de la gestion des parcs compte tenu de ce principe sous-jacent d’équilibre entre la demande en électricité adressée au parc et la production d’électricité de ce parc.
On conçoit donc qu’il est nécessaire de disposer d’un outil de détermination de cette demande résiduelle qui soit fiable et favorise la maîtrise de la part pilotable de la production d’électricité au sein d’un parc de production d’électricité.
Aussi, l’invention porte sur un procédé de détermination d’une demande résiduelle en électricité d’un parc de production d’électricité desservant des points de consommation, ladite demande résiduelle étant vue d’un instant t pour au moins un instant T appartenant à un horizon donné par rapport à l’instant t, la demande résiduelle étant définie par la relation DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative d’une consommation électrique associée aux points de consommation et vue à l’instant t pour ledit au moins un instant T, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative d’une production photovoltaïque au sein dudit parc de production d’électricité et vue à l’instant t pour ledit au moins un instant T et eol(t,T) est une composante éolienne représentative d’une production éolienne au sein dudit parc de production d’électricité et vue à l’instant t pour ledit au moins un instant T, chaque composante étant modélisée via la relation P(t,T) = Pprev(t,T) + e(t,T), où P(t,T) est représentatif de la composante considérée, Pprev(t,T) est un terme de prévision de la composante et e(t,T) est un terme d’erreur de prévision de la composante considérée, le procédé étant mis en œuvre par des moyens informatiques et comprenant : - une étape de détermination au cours de laquelle, pour un ou plusieurs instants t et pour les instants T, on détermine chaque terme de chaque composante à partir d’un processus autorégressif comprenant un processus de prévision représentatif du terme de prévision et un processus d’erreur représentatif du terme d’erreur, dans lequel : o le processus du terme de prévision vu d’un instant t pour un instant T s’exprime en fonction du processus du terme de prévision vu d’un instant t-1 pour l’instant T, d’un paramètre de prévision fonction de T-t et d’un résidu de prévision, et o le processus du terme d’erreur vu d’un instant t pour un instant T s’exprime en fonction du processus du terme d’erreur vu de l’instant t pour un instant T-1, d’un paramètre d’erreur fonction de T-t et d’un résidu d’erreur, - une étape de calage préalable au cours de laquelle, à partir de données de réalisation des composantes relevées pour une première période d’une part et d’autre part, de données de prévision et de données de réalisation des composantes pour une deuxième période d’autre part, on détermine au moins les paramètres de prévision et d’erreur des processus autorégressifs et, pour les processus de prévision et d’erreur, une transformation fournissant le terme de prévision à partir du processus de prévision et une transformation fournissant le terme d’erreur à partir du processus d’erreur.
Selon un aspect de l’invention, le processus autorégressif est défini par :
où /?Prev et βen sont les paramètres de prévision, respectivement d’erreur, sprev et serr sont les résidus de prévision, respectivement d’erreur, uprev et ue sont les processus de prévision, respectivement d’erreur représentatifs du terme de prévision Pprev, respectivement du terme d’erreur e de la composante correspondante.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de calage, pour les différentes composantes de la demande résiduelle : - on détermine une moyenne climatique vers laquelle tend la moyenne du terme de prévision correspondant et une incertitude climatique vers laquelle tend l’écart type du terme d’erreur correspondant à partir des données de réalisation sur la première période, - on détermine une fonction représentative de la variation de l’écart-type d’un processus intermédiaire de prévision centré déterminé à partir du terme de prévision, de la moyenne climatique et de rincertitude climatique, ladite fonction dépendant de T-t et étant déterminée à partir des données de réalisation, et - on détermine les paramètres de prévision des processus autorégressifs à partir des données de prévision, de la moyenne climatique, de l’incertitude climatique et de ladite fonction.
Selon un aspect de l’invention, la transformation d’un processus de prévision en un terme de prévision s’écrit sous la forme :
Pprev(t,T)— Pclim(T)+ d(T-t) Ociim(T)uprev(t,T),
où Pciim(T) est la moyenne climatique, d est ladite fonction et aCiim(T) est l’incertitude climatique.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de calage, pour les différentes composantes de la demande résiduelle : on détermine des données d’erreur à partir des données de réalisation et des données de prévision pour la deuxième période, on détermine une fonction représentative de la variation de l’écart-type d’un processus intermédiaire d’erreur centré déterminé à partir du terme d’erreur et de l’incertitude climatique, ladite fonction dépendant de T-t et étant déterminée à partir des données d’erreur et de l’incertitude climatique, et on détermine les paramètres d’erreur des processus autorégressifs à partir des données d’erreur, de l’incertitude climatique et de ladite fonction représentative de la variation de l’écart-type du processus intermédiaire d’erreur centré.
Selon un aspect de l’invention, la transformation d’un processus d’erreur en terme d’erreur s’écrit sous la forme : e(t,T)= aciim(T) c(T-t) ue(t,T), où Ociim(T) est l’incertitude climatique et c est ladite fonction représentative de la variation de l’écart-type du processus intermédiaire d’erreur (ve) centré.
Selon un aspect de l’invention, pour au moins une composante, ladite fonction représentative de la variation de l’écart-type du processus intermédiaire d’erreur centré dépend de T-t et du processus de prévision.
Selon un aspect de l’invention, les résidus de prévision sont corrélés entre eux, et, lors de l’étape de calage, pour chaque composante, on détermine une matrice d’autocorrélation des résidus de prévision entre les instants T.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de détermination, pour chaque composante, on génère un ou plusieurs résidus de prévision corrélés à différents instants t à partir de la matrice d’autocorrélation correspondante, et on détermine le processus de prévision correspondant à partir desdits résidus de prévision et du paramètre de prévision correspondant.
Selon un aspect de l’invention, les résidus d’erreur d’une composante sont indépendants les uns des autres, et, au cours de l’étape de détermination, on génère des résidus d’erreur et on détermine le processus d’erreur et le processus de prévision de chaque composante à partir des résidus d’erreur générés et du paramètre d’erreur correspondant.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de calage, on transforme initialement les données de réalisation pour la première période et associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque, et les données de prévision et de réalisation pour la deuxième période associées à la composante éolienne et à la composante photovoltaïque par une transformation logistique.
Selon un aspect de l’invention, lors de l’étape de détermination, on détermine les composantes photovoltaïque et éolienne par application d’une transformation logistique inverse déterminée à partir de ladite transformation logistique à la somme du terme d’erreur et du terme de prévision correspondants.
Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend en outre une étape au cours de laquelle, à partir de la demande résiduelle déterminée lors de l’étape de détermination, on construit une planification du fonctionnement d’au moins une installation de production d’électricité dudit parc, et on pilote ladite installation en fonction de ladite planification.
Selon un aspect de l’invention, ladite planification comprend au moins une décision d’arrêt ou de démarrage de l’installation de production d’électricité, ou une consigne de production par ladite installation d’un niveau de puissance donné pendant une durée donnée. L’invention concerne également un programme informatique contenant des instructions pour la mise en œuvre du procédé défini ci-dessus lors de son exécution par un processeur. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux Figures annexées, sur lesquelles : - La Figure 1 est une illustration schématique d’un parc de production d’électricité considéré dans le cadre de l’invention ; - La Figure 2 est une illustration schématique d’une courbe illustrant la consommation d’électricité, la production photovoltaïque, la production éolienne et la demande résiduelle associées au parc de la Figure 1, - La Figure 3 est une illustration schématique de termes des composantes de la demande résiduelle ; - La Figure 4 illustre un procédé selon l’invention ; - La Figure 5 illustre le déroulement d’une étape de calage du procédé de la Figure 4; - La Figure 6 illustre un paramètre KPV(T) déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 7 illustre le comportement d’un paramètre de prévision déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 8 illustre le comportement d’un facteur de charge déterminé lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 9 illustre une matrice de corrélation déterminée lors du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 10 illustre les variations de l’écart-type d’un processus intermédiaire de prévision en fonction du processus de prévision correspondant ; - La Figure 11 illustre le déroulement d’une étape de détermination du procédé de la Figure 4 ; - La Figure 12 illustre un exemple de prévision de la demande résiduelle obtenue ; - La Figure 13 illustre des profils journaliers employés pour la détermination de la composante photovoltaïque; et - La Figure 14 illustre des moyens informatiques pour la mise en œuvre du procédé de la Figure 4.
La Figure 1 illustre un parc P de production d’électricité s’étendant sur une zone 2. La zone 2 est par exemple une zone de grande taille, telle que par exemple une zone couvrant un pays entier.
Le parc P est configuré pour produire de l’électricité et pour acheminer cette électricité à des points de consommation Ç repérés par des triangles sur la Figure 1.
Le parc P comprend des installations de production d’électricité de plusieurs types. Plus spécifiquement, le parc P comprend : des installations de production photovoltaïques notées Pp, des installations de production éoliennes notées Pe, et des installations de production dites « classiques », notées Pc.
Les installations de production photovoltaïques Pp comprennent des dispositifs de production photovoltaïques configurés pour produire de rélectricité par effet photoélectrique.
Les installations de productions éoliennes Pe comprennent des éoliennes configurées pour produire de rélectricité sous l’effet du vent.
Les installations de productions classiques Pc correspondent à des moyens de production d’électricité ne reposant pas sur le photovoltaïque ou sur l’éolien. Les installations de productions classiques Pc sont pilotables. Elles comprennent les installations nucléaires, les centrales à charbon et à gaz, les centrales hydrauliques, etc.
En outre, le parc P comprend un réseau R raccordant les différentes installations de productions aux points de consommation Ç.
Dans le cadre de l’invention, en référence à la Figure 2, la demande résiduelle en électricité adressée au parc P par les points de consommation Ç (la demande nette en Figure 2) est définie comme la différence entre la consommation d’électricité générée par les points de consommation C et la somme des productions d’électricité des installations photovoltaïques Pp et des installations éoliennes Pe.
En outre, la demande résiduelle est vue d’un instant t pour un ensemble d’instants T appartenant à un horizon H donné par rapport à l’instant t.
En d’autres termes, on a la relation ; DR(t, T) = Conso(t,T) - PV(t,T) - eol(t,T), où DR(t,T) est la demande résiduelle, Conso(t,T) est une composante représentative de la consommation électrique des points de consommation Ç à l’instant T telle que vue depuis l’instant t, PV(t,T) est une composante photovoltaïque représentative de la production photovoltaïque par les installations photovoltaïques Pp vue à l’instant t pour l’instant T et eol(t,T) est une composante éolienne représentative de la production d’électricité des installations éoliennes Pe au sein dudit parc de production d’électricité et vue à l’instant t pour l’instant T. L’horizon H est par exemple décompté en jours à partir de l’instant t. Par exemple, dans le cadre de l’invention, l’horizon H est de quelques jours, par exemple 3 jours. Alternativement, l’horizon H est plus long et correspond par exemple à 10 jours.
Comme décrit plus en détail ci-après, l’un des objets de l’invention consiste à déterminer, en se fixant à un instant t, et pour au moins un instant T ultérieur à t, la demande résiduelle à partir d’une prévision de cette demande résiduelle et d’une erreur affectant cette prévision, et ce en procédant à partir de la décomposition de la demande résiduelle en ses composantes Conso, PV et eol. Avantageusement, à t donné, on détermine ces grandeurs en balayant l’horizon H par incrémentation (ou décrémentation) de T. En outre, on fait varier t lui-même de façon à obtenir des informations sur la dynamique de la demande résiduelle.
Par la suite, à DR(t,T) donné, les objets DR(t+k, T) où k est un entier naturel avec t+k<T forment des reprévisions de DR(t,T).
Le principe de détermination de la demande résiduelle selon l’invention repose sur la modélisation de chaque composante de la demande résiduelle DR, c’est-à-dire dire des composantes Conso, PV et eol, en deux termes, dont un terme de prévision Pprev et un terme d’erreur e représentatif de l’erreur du terme de prévision et centré sur le terme de prévision.
On a ainsi les relations (1), (2) et (3) suivantes: “ Pconso (t,T) Pprevconso(t,T) + Cconso (t,T), (1) - Ppy (t,T) = Pprevpv(t,T) + epy(t,T), (2) ' Peol (fT) — Ppreveol(t,T) + eeol(t,T) (3).
En référence à la Figure 3, pour une composante donnée de la demande résiduelle, on note que les moyennes et les écarts-type des termes de prévision et d’erreur convergent vers les moyennes et les dispersions dites climatiques, qui sont des valeurs obtenues en l’absence de toute prévision, et ce avec un jeu de vases communicants dans les dispersions respectives de la prévision et de l’erreur.
Ces valeurs sont par exemple obtenues par une modélisation comprenant une transformation de données météorologiques, en particulier relatives au vent, au rayonnement solaire et à la température en des données de production éolienne, de production photovoltaïque et de consommation.
La moyenne des prévisions est égale à la moyenne climatique notée Pciim(T) du phénomène. Pour une prévision à très court terme, c’est-à-dire quand t tend vers T, la dispersion, c’est-à-dire l’écart-type, du terme de prévision tend vers l’incertitude climatique notée aciim(T), et la dispersion de l’erreur tend vers zéro. Pour une prévision au-delà de quelques jours, c’est-à-dire lorsque T est suffisamment lointain de t, la dispersion du terme de prévision tend vers zéro (le terme de prévision tend vers la moyenne climatique Pciim(T)), et la dispersion du terme d’erreur tend vers l’incertitude climatique
Oclim(T).
Comme décrit plus en détail ci-après, le principe de l’invention repose sur une transformation des termes de prévision et d’erreur en des processus de prévision et d’erreur centrés et réduits à partir de données d’entrée, d’une modélisation des processus d’erreur et de prévision en processus autorégressifs, et d’une utilisation des résultats obtenus pour la détermination de chacun des termes de la demande résiduelle.
Pour une composante donnée, la modélisation en processus régressifs des termes de prévision et d’erreur de la composante s’écrit sous la forme : o o où /?prev et βen sont des paramètres de prévision, respectivement d’erreur, ερΚν et εβπ- sont des résidus de prévision, respectivement d’erreur, uprev et ue sont les processus de prévision, respectivement d’erreur centrés et réduits représentatifs du terme de prévision Pprev, respectivement du terme d’erreur e de la composante correspondante.
Le procédé de détermination de la demande résiduelle selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux Figures.
En référence à la Figure 4, le procédé selon l’invention comprend une étape SI de calage au cours de laquelle, à partir de données de réalisation DR1 des composantes relevées pour
une première période Δ1, et de données de réalisation DR2 et de données de prévision DP2 des composantes pour une deuxième période Δ2 d’autre part, on détermine au moins les paramètres de prévision et d’erreur des processus autorégressifs et, pour les processus de prévision et d’erreur, une transformation fournissant le terme de prévision à partir du processus de prévision et une transformation fournissant le terme d’erreur à partir du processus d’erreur.
On note à ce titre que t et T sont quelconques par rapport à ces périodes Δ1 et Δ2 Autrement dit, t et T n’appartiennent a priori pas à ces périodes.
Au cours d’une étape S2, à partir des objets déterminés lors de l’étape de calage SI, on détermine, pour un ou plusieurs instants t et pour au moins un instant T de l’horizon H considéré, chaque terme de chaque composante. Cette détermination est menée à partir des processus autorégressifs suivants : o
O
La Figure 5 illustre le détail du déroulement de l’étape SI.
Au cours d’une étape SI 1, on obtient les données de réalisation DR1 et DR2, ainsi que les données de prévision DP2.
Les données de réalisation DR1 forment une reconstitution de la consommation d’électricité, de la production éolienne et de la production photovoltaïque correspondant aux conditions climatiques (température, vent, rayonnement solaire) sur la période Δ1 et aux structures de consommation et de puissances installées éolienne et photovoltaïque déterminées, par exemple actuelles. Cette période Δ1 est avantageusement une période de longue durée, par exemple plusieurs dizaines d’années. Par exemple, Δ1 correspond à une période de 50 ans. Ces données de réalisation DR1 comprennent par exemple une série climatique pour chaque composante, c’est-à-dire une série représentative de la variation de la composante correspondante en fonction des conditions météorologiques. Ces séries présentent par exemple un pas horaire, c’est-à-dire que le pas séparant deux valeurs de la série vaut une heure.
En référence aux relations (1), (2) et (3), ces données de réalisation DR1 sont représentatives des grandeurs PCOnso, Ppv et Peoi telles qu’observées au cours de la période Δ1.
Les données de réalisation DR2 forment une reconstitution de l’historique de la consommation d’électricité, de la production éolienne et de la production photovoltaïque sur la période Δ2. Cette période Δ2 est avantageusement une période de courte durée par rapport à la période Δ1. Par exemple, Δ2 correspond à une période de 2 à 3 ans. Les données de réalisation DR2 comprennent par exemple une série climatique pour chaque composante, c’est-à-dire une série représentative de la variation de la composante correspondante en fonction des conditions météorologiques. Ces séries présentent par exemple également un pas horaire, c’est-à-dire que le pas séparant deux valeurs de la série vaut une heure.
En référence aux relations (1), (2) et (3), ces données de réalisation DR2 sont représentatives des grandeurs PCOnso, Ppv et Peoi telles qu’observées au cours de la période Δ2.
Les données de prévision DP2 forment une prévision de la consommation d’électricité, de la production éolienne et de la production photovoltaïque sur la période Δ2. Les données de prévision DP2 comprennent une série climatique pour chaque composante, c’est-à-dire une série représentative de la variation du terme de prévision Pprev de la composante correspondante en fonction des conditions météorologiques. Ces séries présentent par exemple également un pas horaire, c’est-à-dire que le pas séparant deux valeurs de la série vaut une heure.
En référence aux relations (1), (2) et (3), ces données de prévision DP2 sont représentatives du terme de prévision Pprcvconso- Pprevpv ct Ppreveoi des composantes Pconso? Ppv ct Peoi telles qu’observées au cours de la période Δ2.
La connaissance des données de réalisation DR2 et des données de prévision DP2 pour la même période Δ2, c’est-à-dire de données représentatives des composantes entières (DR2) mais aussi de leur seul terme de prévision (DP2), permet de mener à bien le procédé de calage de l’étape SI. En effet, pour un instant donné, la différence entre une donnée de réalisation et une donnée de prévision est représentative de l’erreur de prévision associée à la prévision correspondante.
Les données de réalisation DR1 et DR2 sont par exemple fournies par l’entité qui supervise la production des installations Pp, Pe et Pc. Les données de prévision DP2 sont par exemple également fournies par cette entité, notamment par les équipes opérationnelles responsables de l’optimisation du fonctionnement des installations de production d’électricité Pp, Pe et Pc.
Lors d’une étape S12, pour les composantes éolienne et photovoltaïque, on détermine un paramètre Keoi(T), respectivement KPV(T) d’une transformation logistique destinée à être appliquée aux données DR1, DR2 et DP2 relatives à la production éolienne et à la production photovoltaïque.
En effet, dans le cadre de l’invention, on modélise les composantes photovoltaïque et éolienne sous la forme de facteurs de charge FC, notés FCpv et FCeoi respectivement, définis comme les rapports entre la production observée et la production théorique « maximale » dans des conditions de laboratoire pour la production photovoltaïque, respectivement la production éolienne. Autrement dit, les données DR1, DR2 et DP2 relatives aux productions photovoltaïques et éoliennes sont exprimées sous la forme de ces facteurs de charge.
Les facteurs de charge sont compris entre 0 et Ke0i, respectivement ΚΡγ. Pour les besoins du procédé selon l’invention, on travaille à partir des facteurs de charge transformés x via la transformation logistique x = ln(FC/(K — FC)\ notée Logit. La variable x est supposée gaussienne, ce qui facilite sa détermination. La transformation inverse FC = K/(l + exp(—x)) notée invLogit, permet de s’assurer que les facteurs de charge déterminés restent bornés entre 0 et K. On évite ainsi d’obtenir des puissances négatives ou supérieures à la puissance installée.
Dans le cadre de l’étape S12, la détermination des paramètres Keoi(T), respectivement Kpv(T) est réalisée à partir de la détermination, pour chaque pas de temps, de la production photovoltaïque théorique maximale, respectivement éolienne théorique maximale. En pratique, cette production théorique maximale est déterminée à partir de la connaissance du maximum des donnes de réalisation DR1 pour chaque instant T et pour chaque composante.
Par exemple, le paramètre Keoi(T) est déterminé comme étant la fonction constante égale à 1. En outre, le paramètre Kpv(T) présente le profil illustré en Figure 6, et dépend du jour de l’année considéré.
Lors d’une étape S13, on applique aux données DR1 la transformation logistique dont le paramètre K a été déterminé à l’étape S12 précédente.
En d’autres termes, aux données DR1 relatives à la composante photovoltaïque de la demande résiduelle, on applique la transformation logistique x = ln{FCPV/(KPV — FCPV)). Aux données DR1 relatives à la composante éolienne de la demande résiduelle, on applique la transformation logistique x = ln(FCeoi/ÇKeoi — FCeol)). On note ces données transformées DR1 ’.
Lors d’une étape S14, à partir des données DR1’ transformées obtenues à l’issue de l’étape S13 pour les composantes éolienne et photovoltaïque et des données DR1 pour la consommation, pour chaque composante de la demande résiduelle, on détermine la moyenne climatique Pciim(T) et l’incertitude climatique Gciim(T) correspondantes.
Ces moyennes et incertitudes sont des fonctions de T, à chaque pas de temps de la période Δ1 correspondant une valeur de la moyenne climatique et une valeur de l’incertitude climatique.
Les moyennes climatiques respectives des composantes de la demande résiduelles sont notées Pciimconso(T), Pciimeoi(T) et PciimPv(T)· Les incertitudes climatiques des composantes de la demande résiduelle sont notées Gciimc0nso(T), Gciimeoi(T) et GciimPV(T).
Pour un exemple de détermination, par exemple, Δ2 s’étend entre le 1er Juillet 2009 et le 30 Juin 2012. On applique un pas journalier à t. On applique un pas horaire à T-t. L’horizon H est pris égal à 14 jours. T-t varie de 12 heures à 371 heures. A chaque date t, pour une composante donnée, par exemple la composante éolienne, la prévision climatique est donnée par :
Pclimeol(T) = Ppreveol(t, T=t+371).
En outre, on dispose du facteur de charge FCeoi(T) correspondant réalisé, c’est-à-dire observé, pour la période Δ1. Cette période Δ1 comprend par exemple 49 années (indexées par un entier a variant de 1 à 49), et contient, pour chaque année, 8760 pas de temps. Pour la détermination de l’incertitude climatique à chaque date T, on détermine Γécart-type du facteur de charge réalisé pour chaque date calendaire, pour chaque échantillon de 49 valeurs. L’incertitude climatique à l’instant T est ainsi par exemple déterminée en tant qu’écart-type des facteurs de charge transformés à T pour a allant de 1 à 49.
Lors d’une étape S15, on applique aux données de réalisation DR2 et aux données de prévision DP2 les transformations logistiques déterminées au cours de l’étape S12.
En d’autres termes, aux données DR2 et DP2 relatives à la composante photovoltaïque, on applique la transformation logistique x = ln(FCPV/(KPV — FCPV)\ Aux données DR2 et DP2 relatives à la composante éolienne de la demande résiduelle, on applique la transformation logistique x = ln{FCeoi/(Keoi — FCeoi)). On note ces données transformées DR2’ etDP2’.
Lors d’une étape S16, on centre et on réduit les données de prévision relatives aux trois composantes de la demande résiduelle à partir des incertitudes et moyennes climatiques déterminées lors de l’étape S15.
Par centrer, on entend transformer la grandeur correspondante afin que sa moyenne soit nulle. Par réduire, on entend transformer la grandeur de sorte que son écart-type soit égal à 1.
Pour les composantes photovoltaïque et éolienne, on procède à partir des données transformées DP2’ obtenues à partir des données DP2 via la transformation logistique. Pour la composante consommation, on procède à partir des données DP2 représentatives du terme de prévision de la consommation.
En d’autres termes, à partir des incertitudes et moyennes climatiques déterminées lors de l’étape S14 et des données de prévision DP2 ou des données de prévision transformées DP2 , on détermine les variables notées VprevconsoCfT), \ prcvcoi( f L) et VprevPvCf T) respectivement définies par les relations :
Vprevconso(t, T) — (Pprevconso(t,T) - Pclimconso(T))/üclimconso(T),
Vpreveol(t,T) = (Ppreveol(t,T) - Pclimeol(T))/Gciimeol(T), et VprevPV (t,T) = (PpœvPv(t,T) - PclimPv(T))/GclimPv(T).
Les variables vprevConso(t,T), vpreveoi(t,T) et vprevpv(t,T) sont des processus intermédiaires de prévision qui sont centrés.
Afin de réduire la variable vprev, pour chaque composante, on détermine une fonction d représentative de Γécart-type de la variable vprev correspondante en fonction de T-t. Cet écart-type est supposé varier de 1 lorsque t=T à 0 lorsque T devient grand devant t. On note ces fonctions d^onso? dgoi ot dpv·
Pour cette détermination, on procède en déterminant la valeur de l’écart-type en fonction de T-t pour plusieurs valeurs différentes de T-t, et on construit la fonction d correspondante par interpolation des valeurs obtenues. Par exemple, on utilise une interpolation linéaire ou polynomiale s’ajustant au mieux aux données observées, la fonction d(T-t) étant une fonction monotone décroissante en T-t, variant entre 1 pour T-t = 0 à 0 pour T très supérieur à t, de plusieurs semaines.
Avantageusement, on borne la fonction à une valeur donnée pour des valeurs de T-t au-delà d’une valeur prédéterminée. Par exemple, on borne la fonction à 0,1 pour T-t supérieur à 300 heures.
Une fois la fonction d obtenue, on réduit la variable vprev correspondante en la divisant par la fonction d correspondante. En d’autres termes, on construit les variables centrées et réduites uprevconso, upreveoi et uprevpv à partir des relations :
Uprevconso(t,T) — Vprevconso(t,T)/dConso (T-t),
Upreveol(t,T) = Vpre\eol(t,T)/deol(T-t), et - UprevPv(t,T) = VprevPv(t,T)/dpv(T-t).
Dans ce qui suit, ces variables sont modélisées par un processus autorégressif (d’ordre 1) exprimé par la relation générale (A) :
Cette relation (A) se décline donc pour chaque composante de la demande résiduelle. On a donc les relations suivantes.
(Al)
Lors d’une étape S18, pour chaque composante, on détermine le paramètre de prévision Pprev correspondant à partir de la relation (Al), (A2), (A3) correspondante.
Pour ce faire, dans une première réalisation, en notant
on a la relation suivante car le processus est autorégressif : a = E[uprev(t,T)uprev(t-l,T)]-E[uprev(t,T)]E[uPrev(t-l,T)] où E[X] désigne l’espérance mathématique de la variable [X], que l’on estime par la moyenne empirique de la variable X sur l’échantillon constitué à partir de DR2 etDP2.
Or le processus uprev étant par construction centré, on obtient la relation a = E[uprev(t,T)uprev(t-l,T)]. A partir de la connaissance des termes uprev obtenus suite à l’étape S17, on détermine ainsi a puis Pprevpour chaque intervalle T-t.
Plus précisément, on détermine ppicv en tant que fonction polynomiale de T-t approchant les résultats obtenus.
Alternativement, dans une deuxième réalisation, on détermine pprev à partir de l’analyse de l’écart-type des évolutions de prévision d’un instant à l’autre, par exemple d’un jour à l’autre, et on en déduit a. Cette réalisation suppose qu’on assimile Pprev à Técart-type de uPrev(t,T) - uPrev(t-l, T), ce qui suppose que a est proche de 1 et que Pprev est donc proche de 0. De même manière que précédemment, on détermine Pprev en tant que fonction polynomiale approchant les résultats obtenus.
Un exemple de résultat obtenu pour la composante éolienne est illustré en Figure 7. Ppreveoii correspond aux résultats fournis par la première réalisation à partir desquels la fonction polynomiale est construite, et ppreveoi2 les résultats fournis par la deuxième réalisation, ppreveoimodei correspond à la fonction polynomiale retenue.
On note que les deux réalisations fournissent des résultats différents pour des grandeurs T-t importantes (par exemple supérieures à 100 heures), mais similaires pour des grandeurs T-t petites.
On rappelle également que pour un pas journalier retenu pour t, PP,CV correspond à une évolution de la prévision en 24 heures.
Lors d’une étape S19, pour chaque composante, on détermine une matrice de corrélation des résidus de prévision sprev entre eux.
Dans le cadre de l’invention, les évolutions des prévisions pour différentes échéances T ne sont pas indépendantes. La Figure 8 illustre les prévisions du facteur de charge FCeoi des 24 heures d’une même journée pour différents instants t, en l’espèce pour t antérieur de 3 jours, 2 jours et 1 jour respectivement.
On constate sur cette figure que la courbe de prévision bouge dans le même sens pour les différents instants t, même si cette évolution peut être différente pour différents créneaux horaires. Ceci indique que les résidus de prévision eprev ne sont pas indépendants pour différents instants T.
Lors de cette étape S19, pour chaque composante, on détermine cette matrice, notée Rconso(T,T), Reoi(T,T) et Rpy(T,T) en fonction de la composante considérée, à partir du paramètre de prévision βρκγ précédemment déterminé et des données de prévision DP2 pour la composante consommation ou des données de prévision transformées DP2’ pour les composantes éolienne et photovoltaïque via la relation suivante :
Cette relation permet de calculer les résidus sprev(t,T) constatés sur l’échantillon de données DP2 pour la composante consommation ou DP2’ pour les composantes éolienne et photovoltaïque. Les matrices RCOnso(T,T), Reoi(T,T) et RPV(T,T) sont les matrices de corrélation empiriques estimées entre les résidus correspondant aux différents instants T, pour chacune des composantes.
Avantageusement, on détermine cette matrice de corrélation entre les résidus des trois composantes, permettant de rendre compte des dépendances entre les évolutions de prévision de la consommation, de la production éolienne et de la production photovoltaïque.
A noter que les paramètres de prévision βρΐΒν sont représentatifs du lien entre les prévisions faites à t et t+1, la matrice de corrélation étant représentative du lien entre les prévisions faites au même instant t pour les différents instants T de l’horizon H considéré.
La Figure 9 fournit une illustration de la matrice Reoi obtenue pour la composante éolienne, pour un horizon de 10 jours. Les corrélations sont fortes autour de la diagonale, la bande foncée s’élargissant avec l’horizon. La corrélation entre des prévisions faites pour deux instants T proches de quelques heures est donc forte, mais devient faible pour deux instants T plus éloignés. Pour un horizon de 5 à 6 jours, on voit apparaître sur la matrice de corrélation des carrés foncés représentatifs de la granularité de la journée dans la prévision : au bout de 5 à 6 jours, les prévisions de production éolienne sont donc faites « à la journée », les prévisions étant identiques pour toutes les heures d’une même journée.
Lors d’une étape SI 10, pour chaque composante de la demande résiduelle, on détermine le terme d’erreur econso, eeoi et epv à partir de la différence entre les données de réalisation DR2 et les données de prévision DP2 de la composante considérée. La différence entre ces données de réalisation et ces données de prévision constitue des données d’erreur, notées DE2.
Autrement dit, on détermine ces termes d’erreur à partir des relations (1) à (3), PCOnso, Ppv, Peoi correspondant aux données de réalisation DR2 (composante consommation) ou DR2’ (composantes photovoltaïque et éolienne), les termes Pprevconso, Pprevpv, et Ppreveoi correspondant aux données de prévision DP2 (composante consommation) ou DP2’ (composantes photovoltaïque et éolienne).
Lors d’une étape SI 11, on réduit chaque terme d’erreur déterminé lors de l’étape SI 10 en le divisant par l’incertitude climatique Gciimconso(T), aciimeoi(T), aciimpv(T) correspondante.
Autrement dit, on détermine les variables vec0nso, veeoi, vepv à partir des relations :
Veconso (t,T)= Gconso (t,T)/ ^climconso(T),
Veeol(t,T)— eeol (t,T)/ Oclimeol(T), 6t vepv(t,T)= epy (t,T)/ aciimPv(T).
Les variables veConso, veeoi, vepv sont des processus intermédiaires d’erreur qui sont centrés.
Avantageusement, lors de cette étape SI 11, on vérifie préalablement que la moyenne de chaque terme d’erreur est proche de zéro. Si ce n’était pas le cas, on serait donc en présence d’un biais de prévision appelant une évolution des modèles de prévision afin de la corriger.
La variable ve est centrée, mais n’est pas réduite.
Lors d’une étape SI 12, pour chaque composante, on détermine une fonction c représentative de la variation de l’écart-type de la variable ve en fonction de T-t. Dans certaines réalisations, pour au moins une composante, par exemple la composante éolienne, cette fonction c dépend également de la variable de prévision uprev correspondante. Autrement dit, dans ce cas, l’erreur de prévision dépend également du niveau de la prévision.
Lors de cette étape, on détermine l’évolution de l’écart-type de chaque variable ve en fonction de T-t. Si la fonction dépend également de uprev, cette évolution est déterminée également en fonction de différentes classes de la variable uprev associée. On appelle classe de la variable uprev un sous-échantillon des données observées correspondant à une variable uprev comprise dans un intervalle donné, par exemple entre 0 et 1, ou par exemple entre 1 et 2, etc ... Cette évolution est déterminée à partir des variables déterminées lors de l’étape SI 11.
La Figure 10 illustre cette évolution pour la variable eeoi. On y constate une croissance de l’écart-type de l’erreur de prévision eeoi en fonction de T-t, celui-là atteignant 1 pour un horizon d’environ 300 heures. On obtient en outre la vérification de l’effet de vase communicant entre le processus de prévision et le processus d’erreur. Autrement dit, la fonction c évolue en fonction de T-t de manière inverse à la fonction d : pour T proche de t (T-t petit), la fonction c est proche de 0 ; pour T très supérieur à t (T-t grand) la fonction c est proche de 1.
On constate également une dépendance entre l’écart-type de l’erreur et la prévision elle-même comme illustré par les différences classes de la variable de prévision. Pour T-t de l’ordre de 3 jours, cette dépendance reste ordonnée sur les différentes courbes, l’écart-type de Veeoi étant d’autant plus important que upreveoi est faible.
Lors de cette étape, on cherche à retenir une fonction c rendant compte de cette double dépendance en T-t et upreveoi, en privilégiant si nécessaire le comportement de c pour des valeurs de T-t relativement faibles. Par exemple, on utilise une interpolation linéaire ou polynomiale s’ajustant au mieux aux données observées, la fonction c(T-t) étant une fonction monotone croissante en T-t, variant entre 0 pour T-t = 0 à 1 pour T très supérieur à t, de plusieurs semaines.
Une fois la fonction cconso, ceoi et cpv obtenue pour chaque composante, on réduit la variable ue correspondante en la divisant par la fonction c correspondante. En d’autres termes, on construit les variables centrées et réduites uec0nso, ueeoi et uepv à partir des relations :
Ueconso(t,T) — Veonso(t,T)/C conso (T-t), - Uee0l(t,T) = Veeol(t,T)/Ceol(T-t), et - Uepv(t, T) = Vepv(t, T)/Cpv(T-t).
Ces variables sont donc des processus centrés et réduits.
Comme indiqué précédemment, ces processus sont modélisés sous la forme d’un processus autorégressif de la forme :
A la différence du processus de prévision uprev, le processus d’erreur n’établit pas de lien entre Terreur à t et celle à t-1. En effet, entre les deux instants, on réalise une reprévision, et il est possible de ne pas conserver cette éventuelle cohérence en t. Quand bien même cela serait souhaité, les données disponibles ne le permettent pas puisque la mesure d’erreur correspond à l’écart entre ce qui est réalisé et ce qui est prévu au cours de la période Δ2. Or, entre deux instants t, seule la prévision a changé. En revanche, il est important de rendre compte du comportement de Terreur entre deux instants T, puisque c’est ce comportement qui permet d’établir des scénarii d’erreur pour une prévision donnée.
Lors d’une étape SI 13, on détermine le paramètre d’erreur β0ΙΤpour chaque composante de la demande résiduelle. On note ces paramètres Perrconso, Perreoi et βεπρν·
Pour ce faire, avantageusement, on considère que le paramètre d’erreur perr correspond à l’écart-type de la grandeur ue(t, T) - ue(t, T-l).
On construit alors β0ΙΤ en tant qu’approximation polynomiale du résultat obtenu, en fonction de T-t. Cette approximation est comprise entre 0 et 1, sans condition de monotonie. A l’issue de cette étape, l’étape de calage SI est complète, et on dispose de tous les objets nécessaires pour déterminer la demande résiduelle pour différents instants t d’une période différente des périodes Δ1 et Δ2.
La Figure 11 illustre le déroulement de l’étape de détermination S2.
Au cours d’une étape S21 de l’étape de détermination S2, pour chaque composante, on génère des résidus de prévision eprev à partir de la matrice de corrélation Rconso, Reoi, Rpv correspondante et ce pour les différents instants T de l’horizon considéré. Cette étape est par exemple réalisée à partir des méthodes numériques classiques de génération informatique de variables aléatoires.
Ces résidus sont des résidus normaux standards.
Lors d’une étape S22, pour chaque composante, on détermine le processus de prévision centré et réduit uprev à partir des résidus, des paramètres de prévision βρΐΒν et de la relation correspondante, en itérant sur les différents instants t :
Lors d’une étape S23, à partir du processus centré et réduit ainsi déterminé uprev correspondant, on détermine le processus non centré et non réduit Pprev(t,T), c’est-à-dire le terme de prévision de la composante correspondante, à partir de la relation correspondante:
On rappelle que Pcum(T), d(T-t) et aciim(T) sont obtenus au cours de l’étape de calage SI pour chaque composante.
Lors d’une étape S24, pour chaque composante de la demande résiduelle, on génère des résidus d’erreur ee Avantageusement, ces résidus sont générés en tant que résidus normaux
et indépendants. Autrement dit, on retient l’hypothèse que les erreurs des différentes composantes sont indépendantes. Toutefois, en variante, on ne retient pas cette hypothèse. Dans ce cadre, on détermine alors une matrice de corrélation des résidus d’erreur conjointement pour les 3 composantes. Cette détermination est par exemple menée lors de l’étape SI.
Lors d’une étape S25, pour chaque composante, on détermine le processus centré et réduit ue à partir de ces résidus et de la relation correspondante, en itérant sur les instants T :
Lors d’une étape S26, pour chaque composante, on détermine le processus d’erreur e(t,T), c’est-à-dire le terme d’erreur de la composante correspondante, à partir du processus centré et réduit et de la relation correspondante :
Avantageusement, les étapes S24 à S26 portant sur le processus d’erreur sont répétées pour chaque prévision Pprev(t,T), de sorte qu’on obtient plusieurs scénarii d’erreur pour chaque prévision.
Lors d’une étape S27, on détermine chaque composante de la demande résiduelle à partir de la somme du terme de prévision et du terme d’erreur correspondants obtenus via les étapes précédentes.
Pour les composantes photovoltaïque et éolienne, on applique la transformation logistique inverse invLogit à cette somme pour passer du facteur de charge à la composante en tant que telle.
Lors d’une étape S28, on détermine la demande résiduelle à partir des différentes composantes via la relation indiquée ci-dessus :
Lors de chaque étape S21 à S28, les objets déterminés le sont en faisant variant l’instant T de façon à couvrir l’horizon H considéré. En outre, avantageusement, les étapes S21 à S28 sont répétées, chaque répétition de la succession de ces étapes étant menée après incrémentation de l’instant t considéré.
La Figure 12 illustre un exemple de résultat obtenu. Sur cette Figure 12, les traits forts correspondent à la prévision obtenue, et les traits fins correspondent aux scénarii d’erreur obtenus. On note que sur cette Figure, chaque case présente une largeur correspondant à une durée de 24 heures.
Avantageusement, le traitement de la composante photovoltaïque présente certaines particularités.
En particulier, on considère que chaque journée présente une valeur maximale de production photovoltaïque. Le facteur de charge horaire est obtenu en multipliant cette valeur maximale journalière par un profil représentatif de la journée, variant entre 0 aux heures nocturnes à 1 à l’heure maximale de production correspondant à l’heure méridienne. Aussi, on retient un seul instant de prévision noté Tj pour chaque journée, qui correspond à l’instant de cette valeur maximale.
La Figure 13 illustre des profils journaliers pour le facteur de charge photovoltaïque pour deux journées spécifiques de l’année. Ces courbes donnent la forme de la production journalière du photovoltaïque, relative au maximum de la journée. Si le pic au sein d’une journée est susceptible de varier, la forme de chaque profil est néanmoins très stable car elle ne dépend essentiellement que des heures de lever et de coucher du soleil. Les profils journaliers sont par exemple construits à partir des observations DR1, en divisant pour chaque jour de l’année la courbe de facteur de charge observé par le maximum de la journée..
De ce fait, au sein d’une journée donnée, on peut avoir Tj-t<0 (pour ce qui est réalisé à des instants postérieurs à l’instant Tj). On retient dans ce cas les valeurs des paramètres correspondants à Tj-t = 0.
Par ailleurs, pour la détermination de la composante, on considère que la transformation inverse invLogit appliquée à la somme du terme de prévision et du terme d’erreur de cette composante PV fournit la valeur maximale de la journée correspondante.
En d’autres termes, on a la relation PVMax(t,Tj)=invLogit(Pprevpv(t,Tj)+e(t,Tj)), avec i nvLogitK(x)=K(Tj)/( 1+exp(-x)).
Le paramètre K est tabulé chaque jour. C’est ce paramètre K qui apparaît sur la Figure 6.
On passe ensuite à la courbe de charge horaire prévisionnelle de la composante par application du profil journalier noté profilj(Th) à cette valeur maximale via la relation ; PV(t,Th)= PVMax(t,Tj)*profilj(T h).
Le profil de chaque jour est également tabulé.
Avantageusement, le traitement de la composante consommation présente également des spécificités.
En particulier, le traitement de cette composante Conso prend en compte la dépendance de la consommation électrique vis-à-vis de la saison de l’année.
Autrement dit, pour au moins une partie des étapes de l’étape de calage SI et/ou de l’étape de détermination, le traitement de la composante de consommation repose sur la prise en considération de cette évolution saisonnière de la consommation.
En particulier, lors de l’étape de calage SI, on détermine une matrice de corrélation R des résidus de prévision pour chaque saison (printemps PR, été ET, automne AU, hiver HI) de l’année.
Par ailleurs, le paramètre de prévision βρΐΒν (T-t) construit est une fonction présentant une forme donnée pour chaque saison.
Le procédé selon l’invention présente de nombreux avantages.
En particulier, il permet l’élaboration d’une prévision fine de la demande résiduelle, cette prévision fournissant également des informations précises sur l’évolution possible de l’erreur dont pourrait être entachée la prévision obtenue.
Aussi, avantageusement, la demande résiduelle ainsi déterminée est utilisée en tant que donnée d’entrée pour le pilotage d’au moins une installation de production d’électricité, en particulier d’une installation dite classique Pc.
En d’autres termes, avantageusement, lors d’une étape S3 (Figure 4), on construit une planification du fonctionnement d’une installation de production d’électricité en fonction de la demande résiduelle obtenue à l’issue de l’étape S2, et on pilote ladite installation en fonction du fonctionnement ainsi planifié. Autrement dit, on commande son fonctionnement pour le faire correspondre à la planification construite, elle-même générée à partir de la demande résiduelle déterminée comme décrit ci-dessus.
Cette planification comprend avantageusement au moins une décision d’arrêt ou de démarrage d’une centrale de production pilotable, ou une consigne de production d’un niveau de puissance donné pendant une durée donnée. Avantageusement, cette planification comprend à la fois une décision d’arrêt ou de démarrage d’une centrale de production pilotable et une consigne de production d’un niveau de puissance donné pendant une durée donnée.
Avantageusement, pour le pilotage de la ou les installations en fonction de la demande résiduelle déterminée, on génère au moins un signal de commande destiné à un équipement de commande de la ou des installations considérées, ce signal étant représentatif de la planification construite. Le traitement de ce ou ces signaux par l’équipement de commande se traduit par la mise en œuvre de la planification par l’installation en question.
Par exemple, à cet effet, la planification comprend une ou plusieurs instructions dont le traitement par un processeur résulte dans la génération du ou des signaux de commande.
Ainsi, le fonctionnement de l’installation est mené en fonction de la demande résiduelle obtenue.
Par ailleurs, le procédé selon l’invention reflète l’éventuelle saisonnalité des phénomènes impactant le parc de production d’électricité. En outre, de par sa variabilité aux différents instants T, le niveau d’incertitude et la croissance d’informations dans les prévisions sont reflétées : les prévisions pour le jour-même sont plus précises que celles pour le lendemain, et les prévisions pour des productions éoliennes ou photovoltaïques importantes sont moins précises que pour des productions faibles.
Par ailleurs, le procédé aboutit à une cohérence des prévisions aux différents instants T, celles-ci n’étant pas indépendantes les unes des autres, notamment en vertu de l’inertie des phénomènes météorologiques à l’origine de la production d’électricité et de la consommation : température, rayonnement, vent, nébulosité, etc.
En outre, pour une prévision DR(t,T), sa reprévision DR(t+l, T) pour le même instant T respecte les caractéristiques statistiques des évolutions de prévision constatées dans la réalité.
Par ailleurs, les prévisions des trois composantes de la demande résiduelle peuvent être corrélées entre elles.
Le procédé selon l’invention est avantageusement mis en œuvre par des moyens informatiques illustrés en Figure 14.
Ces moyens M comprennent une unité de traitement UT comprenant un processeur CPU et une mémoire MEM.
La mémoire MEM contient un programme ou un ensemble de programmes PRG comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur CPU se traduit par la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
Les moyens informatiques peuvent en outre comprend un dispositif d’affichage AFF et un dispositif de saisie SAI.
Method for determining the residual demand addressed to an electricity generating fleet
The present invention relates to the determination of the residual demand of a power generation park.
In a known manner, the electricity generation parks are controlled to the production so that the electricity produced and made available by the park corresponds ideally at every moment exactly to the quantity of electricity drawn to the park by the various consumers who there are related.
The development of photovoltaic and wind power generation forms profoundly affects the maintenance of equilibrium of an electric generating fleet that includes such means of production. Indeed, the wind and photovoltaic productions are by construction little controllable since they depend strongly on uncontrollable external phenomena such as wind and sunshine. By satisfying part of the energy demand addressed to the parks, however, they profoundly affect the level, the structure and the variability of the demand which is addressed to the historical production means of the thermal power plants (nuclear, coal, gas,. ...), hydroelectric power plants, etc., which coexist with photovoltaic and wind farms within the same parks.
They also introduce greater uncertainty in the monitoring of the park load due to the low predictability of the associated meteorological hazards, this uncertainty being in addition to the sensitivity of the electricity consumption to the meteorological conditions.
In this context, the residual electricity demand addressed to a generating fleet, which can be defined as the demand for electricity addressed to this fleet at a given time less what is made available by photovoltaic and wind power, is made However, this is a critical aspect of fleet management given this underlying principle of balancing the park's electricity demand with the park's electricity generation.
It is therefore conceivable that it is necessary to have a tool for determining this residual demand that is reliable and promotes control of the controllable portion of electricity production within a power generation park.
Also, the invention relates to a method for determining a residual electricity demand of a power generation park serving points of consumption, said residual demand being viewed at a time t for at least one time T belonging to at a given horizon with respect to time t, the residual demand being defined by the relation DR (t, T) = Conso (t, T) - PV (t, T) - eol (t, T), where DR (t, T) is the residual demand, Conso (t, T) is a representative component of an electrical consumption associated with the consumption points and seen at time t for the said at least one instant T, PV (t, T ) is a photovoltaic component representative of a photovoltaic production within said electricity generation park and seen at time t for said at least one instant T and eol (t, T) is a wind component representative of a production wind turbine within said electricity generation park and seen at the moment t for said ego ns a moment T, each component being modeled via the relation P (t, T) = Pprev (t, T) + e (t, T), where P (t, T) is representative of the considered component, Pprev (t , T) is a predictor term of the component and e (t, T) is a prediction error term of the considered component, the method being implemented by computer means and comprising: - a determination step at during which, for one or more instants t and for the instants T, each term of each component is determined from an autoregressive process comprising a prediction process representative of the forecast term and an error process representative of the term d error, in which: o the process of the forecast term seen from a moment t for a moment T is expressed as a function of the process of the forecast term seen from a moment t-1 for the moment T, d a Tt-based prediction parameter and a forecast residual, and o the error term process seen from a moment t for a moment T is expressed as a function of the process of the error term seen from the instant t for a moment T-1, of an error parameter function of Tt and of a residual of error, - a preliminary calibration step during which, from data of realization of the components recorded for a first period on the one hand and on the other hand, of data of forecasting and data of realization of the components for a second period on the other hand, at least the prediction and error parameters of the autoregressive processes are determined and, for the forecasting and error processes, a transformation providing the forecast term from the forecasting process and a transformation providing the error term from the error process.
According to one aspect of the invention, the autoregressive process is defined by:
where /? Prev and βen are the forecast and error parameters respectively, sprev and serr are the prediction and error residuals respectively, uprev and ue are the prediction or error processes representative of the forecast term Pprev respectively of the error term e of the corresponding component.
According to one aspect of the invention, during the calibration step, for the different components of the residual demand: a climatic average is determined towards which the average of the corresponding forecast term tends and a climatic uncertainty towards which the standard deviation of the corresponding error term from the output data over the first period, - a function representative of the variation of the standard deviation of an intermediate centric forecasting process determined from the forecast term is determined, of the climatic average and climatic uncertainty, said function being dependent on Tt and being determined from the production data, and - the parameters of prediction of the autoregressive processes are determined from the forecast data, from the climate average, from the climate uncertainty and said function.
According to one aspect of the invention, the transformation of a forecasting process into a forecast term is written as:
Pprev (t, T) - Pclim (T) + d (Tt) Ociim (T) uprev (t, T),
where Pciim (T) is the climate average, d is the said function and aCiim (T) is the climatic uncertainty.
According to one aspect of the invention, during the calibration stage, for the different components of the residual demand: error data are determined from the production data and the forecast data for the second period, a function representative of the variation of the standard deviation of an intermediate error centric process determined from the error term and the climatic uncertainty, said function being dependent on Tt and being determined from the data of error and climatic uncertainty, and the error parameters of the autoregressive processes are determined from the error data, the climatic uncertainty and the said representative function of the variation of the standard deviation of the intermediate process of centered error.
According to one aspect of the invention, the transformation of an error process into an error term is written as: e (t, T) = aciim (T) c (Tt) ue (t, T) , where Ociim (T) is the climatic uncertainty and c is the representative function of the variation of the standard deviation of the intermediate error process (ve) centered.
According to one aspect of the invention, for at least one component, said function representative of the variation of the standard deviation of the intermediate error centered process depends on Tt and the forecasting process.
According to one aspect of the invention, the forecasting residues are correlated with each other, and, during the calibration step, for each component, an autocorrelation matrix of the forecasting residues is determined between the instants T.
According to one aspect of the invention, during the determination step, for each component, one or more correlated forecast residues are generated at different times t from the corresponding autocorrelation matrix, and the forecasting process is determined. corresponding from said forecast residues and the corresponding forecast parameter.
According to one aspect of the invention, the error residues of a component are independent of each other, and during the determination step, error residues are generated and the error process is determined. and the process of predicting each component from the generated error residues and the corresponding error parameter.
According to one aspect of the invention, during the calibration step, the production data for the first period associated with the wind component and the photovoltaic component are initially transformed, and the forecast and implementation data for the second phase period associated with the wind component and the photovoltaic component through a logistical transformation.
According to one aspect of the invention, during the determination step, the photovoltaic and wind components are determined by applying an inverse logistic transformation determined from said logistic transformation to the sum of the error term and the corresponding forecast.
According to one aspect of the invention, the method further comprises a step in which, from the residual demand determined during the determination step, a planning of the operation of at least one production facility is constructed. electricity of said park, and pilot said installation according to said planning.
According to one aspect of the invention, said planning comprises at least a decision to stop or start the power generation installation, or a production instruction by said installation of a given power level for a given period of time. . The invention also relates to a computer program containing instructions for implementing the method defined above when executed by a processor. The invention will be better understood on reading the detailed description which follows, given solely by way of example and with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 is a schematic illustration of a production fleet of electricity considered in the context of the invention; - Figure 2 is a schematic illustration of a curve illustrating electricity consumption, photovoltaic generation, wind generation and residual demand associated with the park of Figure 1, - Figure 3 is a schematic illustration of component terms. residual demand; FIG. 4 illustrates a method according to the invention; FIG. 5 illustrates the progress of a stalling step of the method of FIG. 4; FIG. 6 illustrates a KPV parameter (T) determined during the process of FIG. 4; FIG. 7 illustrates the behavior of a prediction parameter determined during the process of FIG. 4; FIG. 8 illustrates the behavior of a load factor determined during the process of FIG. 4; FIG. 9 illustrates a correlation matrix determined during the process of FIG. 4; Figure 10 illustrates the variations in the standard deviation of an intermediate forecasting process as a function of the corresponding forecasting process; FIG. 11 illustrates the progress of a step of determining the method of FIG. 4; - Figure 12 illustrates an example of a forecast of the residual demand obtained; - Figure 13 illustrates the daily profiles used for the determination of the photovoltaic component; and FIG. 14 illustrates computer means for implementing the method of FIG. 4.
Figure 1 illustrates a park P of electricity production extending over an area 2. Zone 2 is for example a large area, such as for example an area covering an entire country.
Park P is configured to produce electricity and to convey this electricity to consumption points rep marked with triangles in FIG. 1.
Park P includes power generation facilities of several types. More specifically, the park P comprises: photovoltaic production facilities rated Pp, wind power facilities rated Pe, and so-called "conventional" production facilities, noted Pc.
The photovoltaic production facilities Pp comprise photovoltaic production devices configured to produce electricity by photoelectric effect.
Pe wind generation facilities include wind turbines configured to produce electricity under the influence of wind.
Conventional production facilities Pc correspond to means of electricity production not based on photovoltaic or wind power. Conventional production facilities Pc are controllable. They include nuclear facilities, coal and gas power plants, hydroelectric power stations, etc.
In addition, the park P includes a network R connecting the various production facilities to the consumption points Ç.
In the context of the invention, with reference to FIG. 2, the residual electricity demand addressed to the park P by the consumption points ((the net demand in FIG. 2) is defined as the difference between the electricity consumption generated. by the points of consumption C and the sum of the electricity productions of the photovoltaic installations Pp and the wind-powered installations Pe.
In addition, the residual demand is seen at a time t for a set of instants T belonging to a given horizon H with respect to time t.
In other words, we have the relationship; DR (t, T) = Conso (t, T) - PV (t, T) - eol (t, T), where DR (t, T) is the residual demand, Conso (t, T) is a representative component of the consumption of consumption points Ç at time T as seen from time t, PV (t, T) is a photovoltaic component representative of the photovoltaic production by photovoltaic installations Pp seen at time t for the moment T and eol (t, T) is a wind component representative of the electricity production of the wind power plants Pe within said electricity generation park and seen at the moment t for the moment T. The horizon H is for example counted in days from time t. For example, in the context of the invention, the horizon H is a few days, for example 3 days. Alternatively, the horizon H is longer and corresponds for example to 10 days.
As described in more detail below, one of the objects of the invention consists in determining, by fixing at a time t, and for at least one instant T subsequent to t, the residual demand from a forecast of this residual demand and of an error affecting this forecast, and proceeding from the decomposition of the residual demand into its Conso, PV and eol components. Advantageously, at given t, these quantities are determined by scanning the horizon H by incrementation (or decrementation) of T. In addition, t is itself varied so as to obtain information on the dynamic of the residual demand.
Subsequently, at DR (t, T) given, the objects DR (t + k, T) where k is a natural integer with t + k <T form representations of DR (t, T).
The principle of determination of the residual demand according to the invention is based on the modeling of each component of the residual demand DR, that is to say say components Conso, PV and eol, in two terms, including a forecast term Pprev and an error term e representative of the error of the forecast term and centered on the forecast term.
We thus have the following relations (1), (2) and (3): "Pconso (t, T) Pprevconso (t, T) + Cconso (t, T), (1) - Ppy (t, T) = Pprevpv (t, T) + epy (t, T), (2) Peol (fT) - Ppreveol (t, T) + eeol (t, T) (3).
Referring to Figure 3, for a given component of residual demand, it is noted that the means and standard deviations of the forecast and error terms converge to so-called climate averages and dispersions, which are values obtained from the absence of any forecast, and this with a set of communicating vessels in the respective dispersions of forecasting and error.
These values are for example obtained by a modeling including a transformation of meteorological data, in particular relating to the wind, the solar radiation and the temperature in data of wind, photovoltaic production and consumption production.
The average of the forecasts is equal to the climatic average noted Pciim (T) of the phenomenon. For a very short-term forecast, that is, when t tends to T, the dispersion, that is, the standard deviation, of the forecast term tends to the climatic uncertainty noted aciim ( T), and the dispersion of the error tends to zero. For a prediction beyond a few days, that is, when T is sufficiently far from t, the dispersion of the forecast term tends to zero (the forecast term tends to the climatic average Pciim (T)), and the dispersion of the error term tends towards climatic uncertainty
Oclim (T).
As described in more detail below, the principle of the invention is based on a transformation of the prediction and error terms into centered and reduced prediction and error processes from input data, a modeling error and prediction processes in autoregressive processes, and using the results obtained to determine each of the terms of the residual demand.
For a given component, the regressive process modeling of the forecast and error terms of the component is written in the form: oo where /? Prev and βen are prediction or error parameters, ερΚν and εβπ- are prediction and error residuals, uprev and ue are the predicted, respectively centered and reduced error processes representative of the forecast term Pprev, respectively of the error term e of the corresponding component.
The method of determining the residual demand according to the invention will now be described with reference to the figures.
With reference to FIG. 4, the method according to the invention comprises a calibration step S1 in which, from data of realization DR1 of the components recorded for
a first period Δ1, and DR2 performance data and DP2 forecast data of the components for a second period Δ2 on the other hand, at least the prediction and error parameters of the autoregressive processes are determined and, for forecast and error, a transformation providing the forecast term from the forecasting process and a transformation providing the error term from the error process.
It is noted that t and T are arbitrary with respect to these periods Δ1 and Δ2. In other words, t and T do not belong at first to these periods.
During a step S2, from the objects determined during the calibration step S1, it is determined, for one or more moments t and for at least one instant T of the horizon H considered, each term of each component . This determination is based on the following autoregressive processes: o
O
Figure 5 illustrates the details of the progress of the step S1.
During a step SI 1, one obtains the realization data DR1 and DR2, as well as the forecast data DP2.
The DR1 implementation data is a reconstruction of the electricity consumption, wind generation and photovoltaic production corresponding to the climatic conditions (temperature, wind, solar radiation) over the Δ1 period and the wind power and power consumption structures. and photovoltaic determined, for example current. This period Δ1 is advantageously a period of long duration, for example several tens of years. For example, Δ1 corresponds to a period of 50 years. These DR1 production data comprise for example a climatic series for each component, that is to say a series representative of the variation of the corresponding component as a function of the meteorological conditions. These series have for example a time step, that is to say that the step separating two values of the series is worth one hour.
With reference to relations (1), (2) and (3), these DR1 production data are representative of the quantities PCOnso, Ppv and Peoi as observed during the period Δ1.
The DR2 implementation data form a reconstruction of the history of electricity consumption, wind generation and photovoltaic production over the Δ2 period. This period Δ2 is advantageously a period of short duration compared to the period Δ1. For example, Δ2 corresponds to a period of 2 to 3 years. The implementation data DR2 comprises, for example, a climatic series for each component, that is to say a series representative of the variation of the corresponding component as a function of the meteorological conditions. These series also have, for example, also a time step, that is to say that the step separating two values of the series is worth one hour.
With reference to relations (1), (2) and (3), these DR2 production data are representative of the quantities PCOnso, Ppv and Peoi as observed during the period Δ2.
The DP2 forecast data is a forecast of electricity consumption, wind generation and photovoltaic generation over the Δ2 period. The DP2 forecast data includes a climate series for each component, i.e., a representative series of the variation of the forecast term Pprev of the corresponding component as a function of the meteorological conditions. These series also have, for example, also a time step, that is to say that the step separating two values of the series is worth one hour.
With reference to relations (1), (2) and (3), these DP2 forecast data are representative of the forecast term Pprcvconso- Pprevpv and Ppreveoi of Pconso? Ppv and Peoi as observed during the period Δ2.
The knowledge of the DR2 production data and the DP2 forecast data for the same period Δ2, that is to say data representative of the entire components (DR2) but also of their only forecasting term (DP2), makes it possible to conduct the stalling process of the step S1. Indeed, for a given moment, the difference between a production data item and a forecast data item is representative of the forecast error associated with the corresponding forecast.
The production data DR1 and DR2 are for example provided by the entity that supervises the production of the installations Pp, Pe and Pc. For example, the DP2 forecast data is also provided by this entity, in particular by the operational teams responsible for optimizing the operation of the Pp, Pe and Pc power generation facilities.
During a step S12, for the wind and photovoltaic components, a parameter Keoi (T), respectively KPV (T) of a logistic transformation is determined for application to the data DR1, DR2 and DP2 relating to the wind power generation and to photovoltaic production.
In fact, in the context of the invention, the photovoltaic and wind components are modeled in the form of FC load factors, denoted FCpv and FCeoi respectively, defined as the ratios between the observed production and the theoretical "maximum" production in laboratory conditions for photovoltaic production, respectively wind production. In other words, the data DR1, DR2 and DP2 relating to the photovoltaic and wind productions are expressed in the form of these load factors.
The load factors are between 0 and Ke0i, respectively ΚΡγ. For the purposes of the process according to the invention, the transformed load factors x are processed by means of the logistic transformation x = ln (FC / (K-FC), denoted Logit .The variable x is assumed to be Gaussian, which facilitates its determination The inverse transformation FC = K / (l + exp (-x)) denoted invLogit, makes it possible to ensure that the determined load factors remain bounded between 0 and K. It is thus avoided to obtain negative powers or higher. to the installed power.
In the course of step S12, the determination of the Keoi (T) or Kpv (T) parameters is performed from the determination, for each time step, of the maximum theoretical theoretical maximum theoretical wind production. In practice, this maximum theoretical output is determined from the knowledge of the maximum of the production data DR1 for each instant T and for each component.
For example, the parameter Keoi (T) is determined to be the constant function equal to 1. In addition, the parameter Kpv (T) has the profile shown in Figure 6, and depends on the day of the year in question.
During a step S13, the logistic transformation whose parameter K has been determined in the preceding step S12 is applied to the data DR1.
In other words, to the data DR1 relating to the photovoltaic component of the residual demand, the logistic transformation x = ln {FCPV / (KPV - FCPV)) is applied. To the data DR1 relating to the wind component of the residual demand, one applies the logistic transformation x = ln (FCeoi / ÇKeoi - FCeol)). We note these transformed data DR1 '.
In a step S14, from the transformed data DR1 'obtained at the end of the step S13 for the wind and photovoltaic components and the data DR1 for the consumption, for each component of the residual demand, the average is determined. climatic Pciim (T) and climatic uncertainty Gciim (T) corresponding.
These averages and uncertainties are functions of T, at each time step of the period Δ1 corresponding to a value of the climatic average and a value of the climatic uncertainty.
The respective climatic averages of the residual demand components are noted Pciimconso (T), Pciimeoi (T) and PciimPv (T) · The climatic uncertainties of the components of residual demand are noted Gciimc0nso (T), Gciimeoi (T) and GciimPV ( T).
For an example of determination, for example, Δ2 extends between July 1, 2009 and June 30, 2012. A daily step is applied to t. A time step is applied to Tt. The horizon H is taken equal to 14 days. Tt varies from 12 hours to 371 hours. At each date t, for a given component, for example the wind component, the climatic prediction is given by:
Pclimeol (T) = Ppreveol (t, T = t + 371).
In addition, it has the corresponding load factor FCeoi (T) realized, that is to say, for the period Δ1. This period Δ1 comprises for example 49 years (indexed by an integer a ranging from 1 to 49), and contains, for each year, 8760 time steps. For the determination of the climatic uncertainty at each T date, the standard deviation of the load factor carried out for each calendar date is determined for each sample of 49 values. The climatic uncertainty at time T is thus for example determined as the standard deviation of the charge factors transformed at T for a ranging from 1 to 49.
In a step S15, the logistic transformations determined during the step S12 are applied to the production data DR2 and the forecast data DP2.
In other words, to the data DR2 and DP2 relating to the photovoltaic component, the logistic transformation x = ln (FCPV / (KPV - FCPV) is applied to the data DR2 and DP2 relating to the wind component of the residual demand, applies the logistic transformation x = ln {FCeoi / (Keoi - FCeoi)). We note these transformed data DR2 'and DP2'.
In a step S16, the forecast data relating to the three components of residual demand is centered on and reduced by the uncertainties and climatic averages determined during step S15.
By center, we mean to transform the corresponding magnitude so that its average is zero. By reducing, we mean transforming the magnitude so that its standard deviation is equal to 1.
For the photovoltaic and wind turbine components, DP2 'transformed data obtained from the DP2 data is processed via the logistic transformation. For the consumption component, we proceed from DP2 data representative of the term consumption forecast.
In other words, from the uncertainties and climatic averages determined in step S14 and DP2 prediction data or DP2 transformed prediction data, variables VprevconsoCfT), prcvcoi (f L) and VprevPvCf are determined. T) respectively defined by the relations:
Vprevconso (t, T) - (Pprevconso (t, T) - Pclimconso (T)) / üclimconso (T),
Vpreveol (t, T) = (Ppreveol (t, T) -Pclimeol (T)) / Gciimeol (T), and VprevPV (t, T) = (Ppevpv (t, T) -PclimPv (T)) / GclimPv ( T).
The variables vprevConso (t, T), vpreveoi (t, T) and vprevpv (t, T) are intermediate prediction processes that are centered.
In order to reduce the variable vprev, for each component, we determine a function d representative of the standard deviation of the corresponding variable vprev as a function of Tt. This standard deviation is assumed to vary from 1 when t = T to 0 when T becomes large before t. We note these onset functions? dgoi ot dpv ·
For this determination, one proceeds by determining the value of the standard deviation as a function of Tt for several different values of Tt, and one constructs the corresponding function d by interpolation of the obtained values. For example, we use a linear or polynomial interpolation fitting best to the observed data, the function d (Tt) being a monotonic function decreasing in Tt, varying between 1 for Tt = 0 to 0 for T much greater than t, of Several weeks.
Advantageously, the function is bound to a given value for values of Tt beyond a predetermined value. For example, the function is limited to 0.1 for Tt greater than 300 hours.
Once the function d is obtained, we reduce the corresponding variable vprev by dividing it by the corresponding function d. In other words, we build the centered and reduced variables uprevconso, upreveoi and uprevpv from the relations:
Uprevconso (t, T) - Vprevconso (t, T) / dConso (Tt),
Upreveol (t, T) = Vpre \ eol (t, T) / deol (Tt), and - UprevPv (t, T) = VprevPv (t, T) / dpv (Tt).
In what follows, these variables are modeled by an autoregressive process (of order 1) expressed by the general relation (A):
This relationship (A) therefore declines for each component of residual demand. So we have the following relationships.
(Al)
During a step S18, for each component, the corresponding prediction parameter Pprev is determined from the corresponding relation (A1), (A2), (A3).
To do this, in a first realization, noting
we have the following relation because the process is autoregressive: a = E [uprev (t, T) uprev (tl, T)] - E [uprev (t, T)] E [uPrev (tl, T)] where E [ X] designates the expected value of the variable [X], which is estimated by the empirical average of the variable X on the sample made up of DR2 and DP2.
Since the uprev process is centrally constructed, we obtain the relation a = E [uprev (t, T) uprev (tl, T)]. From the knowledge of the terms uprev obtained following step S17, one thus determines a then Pprev for each interval Tt.
More precisely, ppicv is determined as a polynomial function of Tt approaching the results obtained.
Alternatively, in a second embodiment, pprev is determined from the analysis of the standard deviation of the forecast changes from one moment to the next, for example from one day to the next, and it is deduced therefrom at. This realization assumes that Pprev is equivalent to the standard deviation of uPrev (t, T) - uPrev (tl, T), which supposes that a is close to 1 and that Pprev is thus close to 0. In the same way as previously Pprev is determined as a polynomial function approaching the results obtained.
An example of the result obtained for the wind component is illustrated in Figure 7. Ppreveoii corresponds to the results provided by the first realization from which the polynomial function is built, and ppreveoi2 the results provided by the second embodiment, ppreveoimodei corresponds to the polynomial function selected .
Note that the two embodiments provide different results for large quantities Tt (for example greater than 100 hours), but similar for small quantities Tt.
It is also recalled that for a daily step chosen for t, PP, CV corresponds to an evolution of the forecast in 24 hours.
In a step S19, for each component, a correlation matrix of the prediction residuals sprev between them is determined.
In the context of the invention, the evolutions of the forecasts for different deadlines T are not independent. Figure 8 illustrates the predictions of the 24-hour charge factor FCeoi of the same day for different times t, in this case for the previous t of 3 days, 2 days and 1 day respectively.
It can be seen from this figure that the forecast curve moves in the same direction for the different times t, even if this evolution can be different for different time slots. This indicates that the eprev prediction residuals are not independent for different times T.
During this step S19, for each component, this matrix, denoted by Rconso (T, T), Reoi (T, T) and Rpy (T, T), is determined as a function of the component under consideration, from the prediction parameter βρκγ previously determined and DP2 forecast data for the consumption component or DP2 'transformed forecast data for the wind and photovoltaic components via the following relation:
This relationship makes it possible to calculate the sprev residues (t, T) found on the data sample DP2 for the consumption component or DP2 'for the wind and photovoltaic components. The matrices RCOnso (T, T), Reoi (T, T) and RPV (T, T) are the empirical correlation matrices estimated between the residues corresponding to the different instants T, for each of the components.
Advantageously, this correlation matrix is determined between the residues of the three components, making it possible to account for the dependencies between the forecast changes in consumption, wind generation and photovoltaic production.
Note that the βρΐΒν prediction parameters are representative of the link between the forecasts made at t and t + 1, the correlation matrix being representative of the link between the forecasts made at the same time t for the different instants T of the horizon H considered. .
Figure 9 provides an illustration of the matrix Reoi obtained for the wind component, for a horizon of 10 days. Correlations are strong around the diagonal, the dark band widening with the horizon. The correlation between forecasts made for two instants T close to a few hours is therefore strong, but becomes weak for two more distant instants T. For a horizon of 5 to 6 days, we see appear on the correlation matrix dark squares representative of the granularity of the day in the forecast: after 5 to 6 days, wind production forecasts are made "at the "day", the forecasts being identical for all the hours of the same day.
During a step SI 10, for each component of the residual demand, the error term econso, eeoi and epv is determined from the difference between the realization data DR2 and the forecast data DP2 of the component under consideration. The difference between these construction data and these forecast data constitutes error data, denoted DE2.
In other words, these error terms are determined from the relations (1) to (3), PCOnso, Ppv, Peoi corresponding to the production data DR2 (consumption component) or DR2 '(photovoltaic and wind turbine components), the terms Pprevconso , Pprevpv, and Ppreveoi corresponding to the forecast data DP2 (consumption component) or DP2 '(photovoltaic and wind components).
During a step SI 11, each error term determined during the step SI is reduced by dividing it by the climatic uncertainty Gciimconso (T), aciimeoi (T), aciimpv (T) corresponding.
In other words, the variables vec0nso, veeoi, vepv are determined from the relationships:
Veconso (t, T) = Gconso (t, T) / ^ climconso (T),
Veeol (t, T) - eeol (t, T) / Oclimeol (T), and vepv (t, T) = epy (t, T) / aciimPv (T).
The variables veConso, veeoi, vepv are intermediate error processes that are centered.
Advantageously, during this step SI 11, it is previously verified that the average of each error term is close to zero. If this were not the case, then we would be in the presence of a forecasting bias calling for an evolution of the forecasting models in order to correct it.
The variable ve is centered, but not reduced.
During a step SI 12, for each component, a function c representative of the variation of the standard deviation of the variable ve as a function of Tt is determined. In some embodiments, for at least one component, for example the wind component, this function c also depends on the corresponding uprev forecast variable. In other words, in this case, the forecast error also depends on the level of the forecast.
During this step, the evolution of the standard deviation of each variable ve is determined as a function of Tt. If the function also depends on uprev, this evolution is also determined by different classes of the associated uprev variable. The class of the uprev variable is a sub-sample of the observed data corresponding to an uprev variable included in a given interval, for example between 0 and 1, or for example between 1 and 2, etc. This evolution is determined from variables determined during step SI 11.
Figure 10 illustrates this evolution for the eeoi variable. There is a growth in the standard deviation of the forecast error eeoi as a function of Tt, the latter reaching 1 for a horizon of about 300 hours. In addition, verification of the communicating silt effect between the forecasting process and the error process is obtained. In other words, the function c evolves according to Tt inversely to the function d: for T close to t (small Tt), the function c is close to 0; for T much greater than t (Tt large) the function c is close to 1.
There is also a dependence between the standard deviation of the error and the forecast itself as illustrated by the class differences of the forecast variable. For Tt of the order of 3 days, this dependence remains ordered on the different curves, the standard deviation of Veeoi being all the more important as upreveoi is weak.
During this step, we try to retain a function c accounting for this double dependence on Tt and upreveoi, giving priority if necessary to the behavior of c for relatively low values of Tt. For example, we use a linear or polynomial interpolation fitting best to the observed data, the function c (Tt) being a monotonic increasing function in Tt, varying between 0 for Tt = 0 to 1 for T much greater than t, of Several weeks.
Once the function cconso, ceoi and cpv obtained for each component, the corresponding variable ue is reduced by dividing it by the corresponding function c. In other words, we construct the centered and reduced variables uec0nso, ueeoi and uepv from the relations:
Ueconso (t, T) - Veonso (t, T) / C conso (Tt), - Uee0l (t, T) = Veeol (t, T) / Ceol (Tt), and - Uepv (t, T) = Vepv (t, T) / Cpv (Tt).
These variables are therefore centered and reduced processes.
As previously stated, these processes are modeled as an autoregressive process of the form:
Unlike the uprev forecasting process, the error process does not establish a link between Terror at t and that at t-1. Indeed, between the two instants, one carries out a repr'vision, and it is possible not to preserve this possible coherence in t. Even if this would be desired, the available data do not allow it since the error measurement corresponds to the difference between what is achieved and what is expected during the Δ2 period. Now, between two instants t, only the forecast has changed. On the other hand, it is important to account for the behavior of Terror between two instants T, since it is this behavior which makes it possible to establish scenarios of error for a given forecast.
During a step SI 13, the error parameter β0ΙΤ is determined for each component of the residual demand. We note these parameters Perrconso, Perreoi and βεπρν ·
To do this, advantageously, it is considered that the error parameter perr corresponds to the standard deviation of the magnitude ue (t, T) - ue (t, Tl).
We then construct β0ΙΤ as a polynomial approximation of the result obtained, as a function of Tt. This approximation is between 0 and 1, without the condition of monotony. At the end of this step, the calibration step SI is complete, and all the objects necessary to determine the residual demand for different times t of a period different from the periods Δ1 and Δ2 are available.
Figure 11 illustrates the progress of the determination step S2.
During a step S21 of the determination step S2, for each component, eprev prediction residues are generated from the correlation matrix Rconso, Reoi, and corresponding Rpv for the different instants T of the horizon. considered. This step is for example carried out using conventional numerical methods of computer generation of random variables.
These residues are standard normal residues.
During a step S22, for each component, the forecasting process is determined and reduced uprev from the residuals, the prediction parameters βρΐΒν and the corresponding relation, by iterating on the various instants t:
In a step S23, from the centered and reduced process thus determined corresponding uprev, the non-centered and unrestrained process Pprev (t, T) is determined, that is, the forecast term of the corresponding component. , from the corresponding relation:
It is recalled that Pcum (T), d (Tt) and aciim (T) are obtained during the calibration stage SI for each component.
In a step S24, for each component of the residual demand, ee error residues are generated. Advantageously, these residues are generated as normal residues.
and independent. In other words, it is assumed that the errors of the different components are independent. However, alternatively, this hypothesis is not retained. In this context, a correlation matrix of the error residues is then jointly determined for the 3 components. This determination is for example conducted during the step SI.
During a step S25, for each component, the process centered and reduced ue is determined from these residues and the corresponding relation, by iterating on the instants T:
During a step S26, for each component, the error process e (t, T), that is to say the error term of the corresponding component, is determined from the centered and reduced process and of the corresponding relationship:
Advantageously, the steps S24 to S26 relating to the error process are repeated for each forecast Pprev (t, T), so that several error scenarios are obtained for each forecast.
During a step S27, each component of the residual demand is determined from the sum of the prediction term and the corresponding error term obtained via the preceding steps.
For the photovoltaic and wind components, the inverse logistic transformation invLogit is applied to this sum to go from the load factor to the component as such.
During a step S28, the residual demand is determined from the different components via the relation indicated above:
During each step S21 to S28, the determined objects are made by varying the time T so as to cover the horizon H considered. In addition, advantageously, the steps S21 to S28 are repeated, each repetition of the succession of these steps being carried out after incrementing the time t considered.
Figure 12 illustrates an example of a result obtained. In this Figure 12, the strong lines correspond to the prediction obtained, and the fine lines correspond to the error scenarios obtained. Note that in this Figure, each box has a width corresponding to a duration of 24 hours.
Advantageously, the processing of the photovoltaic component has certain peculiarities.
In particular, it is considered that each day presents a maximum value of photovoltaic production. The hourly load factor is obtained by multiplying this daily maximum value by a representative profile of the day, varying between 0 at night hours and 1 at the maximum hour of production corresponding to the meridional time. Also, we retain a single moment of forecast noted Tj for each day, which corresponds to the moment of this maximum value.
Figure 13 shows daily profiles for the PV load factor for two specific days of the year. These curves give the shape of the daily production of photovoltaic, relative to the maximum of the day. If the peak within a day is likely to vary, the shape of each profile is nevertheless very stable because it depends essentially on the hours of sunrise and sunset. The daily profiles are for example constructed from the DR1 observations, dividing for each day of the year the load factor curve observed by the maximum of the day.
Therefore, within a given day, we can have Tj-t <0 (for what is done at times after the instant Tj). In this case, the values of the parameters corresponding to Tj-t = 0 are retained.
Moreover, for the determination of the component, it is considered that the inverse invLogit transformation applied to the sum of the forecast term and the error term of this PV component provides the maximum value of the corresponding day.
In other words, we have the relation PVMax (t, Tj) = invLogit (Pprevpv (t, Tj) + e (t, Tj)), with i nvLogitK (x) = K (Tj) / (1 + exp (-x)).
The K parameter is tabulated daily. This parameter K appears in Figure 6.
We then move to the forecast hourly load curve of the component by applying the daily profile noted profilj (Th) to this maximum value via the relation; PV (t, Th) = PVMax (t, Tj) * profile (T h).
The profile of each day is also tabulated.
Advantageously, the treatment of the consumption component also has specificities.
In particular, the treatment of this component Conso takes into account the dependence of electricity consumption vis-à-vis the season of the year.
In other words, for at least a portion of the steps of the IF calibration step and / or the determination step, the processing of the consumption component is based on the consideration of this seasonal change in consumption.
In particular, during the calibration step S1, a correlation matrix R of the forecast residues for each season (spring PR, summer ET, autumn AU, winter HI) of the year is determined.
Moreover, the prediction parameter βρΐΒν (Tt) constructed is a function presenting a given form for each season.
The process according to the invention has many advantages.
In particular, it allows the elaboration of a fine forecast of the residual demand, this forecast also providing precise information on the possible evolution of the error which could be tainted the forecast obtained.
Also, advantageously, the residual demand thus determined is used as input data for controlling at least one power generation installation, in particular a so-called conventional Pc installation.
In other words, advantageously, during a step S3 (FIG. 4), a planning of the operation of an electricity generation installation is constructed according to the residual demand obtained at the conclusion of step S2. and piloting said installation according to the operation thus planned. In other words, it controls its operation to correspond to the constructed planning, itself generated from the residual demand determined as described above.
This planning advantageously comprises at least a decision to stop or start a controllable production plant, or a production setpoint of a given power level for a given duration. Advantageously, this planning includes both a decision to stop or start a controllable production plant and a production setpoint of a given power level for a given duration.
Advantageously, for controlling the one or more installations according to the determined residual demand, at least one control signal is generated for a control equipment of the one or more installations considered, this signal being representative of the constructed planning. The processing of this or these signals by the control equipment results in the implementation of the planning by the installation in question.
For example, for this purpose, the planning includes one or more instructions whose processing by a processor results in the generation of the control signal (s).
Thus, the operation of the installation is conducted according to the residual demand obtained.
Furthermore, the method according to the invention reflects the possible seasonality of the phenomena impacting the electricity generating fleet. Moreover, because of its variability at different times T, the level of uncertainty and the growth of information in the forecasts are reflected: forecasts for the day are more accurate than those for the next day, and forecasts for Large wind or photovoltaic productions are less accurate than for weak productions.
Moreover, the method results in a coherence of the forecasts at different times T, these being not independent of each other, in particular by virtue of the inertia of the meteorological phenomena at the origin of the production of electricity and consumption: temperature, radiation, wind, cloudiness, etc.
In addition, for a DR (t, T) prediction, its DR (t + 1, T) representation for the same instant T respects the statistical characteristics of the forecasting evolutions observed in reality.
In addition, forecasts of the three components of residual demand can be correlated with each other.
The method according to the invention is advantageously implemented by computer means illustrated in FIG. 14.
These means M comprise a processing unit UT comprising a processor CPU and a memory MEM.
The memory MEM contains a program or set of programs PRG including instructions whose execution by the CPU processor results in the implementation of the method according to the invention.
The computer means may further comprise an AFF display device and an SAI input device.
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