FR3099596A1

FR3099596A1 - Procédé d’analyse et procédé de détermination et de prédiction du régime de fonctionnement d’un système énergétique

Info

Publication number: FR3099596A1
Application number: FR1908677A
Authority: FR
Inventors: Hugo GEOFFROY; Benoït COLANGE; Sylvain Lespinats; Denys DUTYKH; Julien Berger
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Universite Savoie Mont Blanc; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite Savoie Mont Blanc; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-05
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: FR3099596B1

Abstract

Procédé d’analyse et procédé de détermination et de prédiction du régime de fonctionnement d’un système énergétique Un aspect de l’invention concerne procédé (100) d’analyse du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisé au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de contraintes de fonctionnement ; ledit procédé comprenant, à partir d’une série temporelle des variables caractéristiques : pour chaque instant de la série temporelle, une première étape (1E1) de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque variable caractéristique étant associée à au moins une contrainte, une contrainte pouvant être associée à une ou plusieurs variables caractéristiques ; pour chaque instant de la série temporelle, une deuxième étape (1E2) de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque contrainte de fonctionnement sans dimension étant associée à une règle, une règle pouvant être associée à une ou plusieurs contraintes de fonctionnement sans dimension ; pour chaque instant de la série temporelle, une troisième étape (1E3) de détermination, pour chaque règle, d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir une pluralité d’indicateurs de gravité, un défaut étant associé à une règle lorsque l’indicateur associé à ladite règle est supérieur à un seuil prédéfini, l’ensemble des indicateurs ainsi obtenu pouvant être associé à un point dans un espace de dimension , dit espace d’origine, où est le nombre d’indicateurs, dit point de fonctionnement dans l’espace d’origine ; pour chaque instant de la série temporelle, une quatrième étape (1E4) de projection non linéaire du point de fonctionnement de l’espace d’origine vers un espace de projection de sorte à obtenir un point de fonctionnement dans l’espace de projection, l’espace de projection étant de dimension inférieure à l’espace d’origine. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

Procédé d’analyse et procédé de détermination et de prédiction du régime de fonctionnement d’un système énergétique

Le domaine technique de l’invention est celui de l’analyse, de la détermination et de la prédiction du régime de fonctionnement d’un système énergétique.

La présente invention concerne un procédé d’analyse ainsi qu’un procédé de détermination et de prédiction du régime de fonctionnement d’un système énergétique et en particulier un procédé utilisant des règles sans dimension et des indicateurs de risque associés.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Les bâtiments sont aujourd’hui pilotés de manière à minimiser la consommation d’énergie tout en assurant un confort optimal aux occupants. Un tel pilotage nécessite la mise en œuvre de système complexe : système de ventilation, chauffage, ouverture/fermeture des ouvrants, etc. Face à une complexité des installations grandissante, il est important de pouvoir détecter et identifier (voire anticiper) le ou les défauts de fonctionnement d’une installation afin d’éventuellement les corriger.

Afin d’effectuer une telle détection, il est connu d’utiliser des outils basés sur l’analyse de données. Cependant, les solutions de l’état de la technique comportent plusieurs failles (cf. « Fault detection and diagnosis for smart buildings : State of the art, trends and challenges » S. Lazarova-Molnar et al. 2016). La première de ces failles concerne la nature des données. En effet, les méthodes de l’état de la technique ne permettent pas l’analyse des données de différentes natures physiques (par exemple : une température et une puissance électrique). La deuxième de ces failles concerne le traitement de ces données. Plus particulièrement, les données ne sont pas traitées de manière à permettre à l’utilisateur d’évaluer le risque associé à un régime de fonctionnement donné. L’opérateur doit donc effectuer cette évaluation en analysant les données brutes en les comparant une à une entre elles. Or, la détection des défauts basée sur la connaissance nécessite un expert du système étudié. L’identification de la nature des défauts par analyse des données brutes n’est donc pas adaptée aux qualifications des opérateurs de maintenance et de suivi des systèmes du bâtiment. La troisième de ces failles concerne la lecture des données traitées. Les outils sont incapables de traiter les données pour produire une information intelligible et facilement lisible. Encore une fois, l’opérateur est dans l’obligation d’analyser les données une par une pour en extraire l’information.

Il est également connu d’utiliser des modèles. Cependant, les outils basés sur les modèles sont difficiles à mettre en œuvre en pratique : il est très difficile d’utiliser des modèles simulant des phénomènes physiques complexes, car ils nécessitent d’importantes ressources computationnelles des outils de simulations dynamiques et donc une expertise sur leur utilisation, freinant leur déploiement dans des systèmes embarqués. D’autre part, si on utilise des modèles simplifiés, il est possible de détecter une dérive du comportement optimal du système, mais impossible de diagnostiquer les défaillances et leurs origines.

En plus des difficultés déjà citées, d’autres problèmes communs à tous les outils de détection de défaut ont également été identifiés. Par exemple, aucune des solutions proposées dans l’état de la technique ne permet d’anticiper l’évolution du régime de fonctionnement d’un système énergétique. Or, généralement, la fréquence des visites sur sites par les opérateurs et gestionnaires est hebdomadaire, voire mensuelle. Aussi, de nombreuses dérives ne sont pas corrigées avant plusieurs jours, ce qui entraîne un mauvais fonctionnement du système pouvant provoquer sa détérioration. Ainsi, de nombreux systèmes ne fonctionnent pas de manière optimale, provoquant une baisse drastique de leur efficacité.

Il existe donc un besoin d’un procédé d’analyse, de détection et, éventuellement, de prédiction des défauts d’une installation résolvant, au moins en partie, les problèmes évoqués ci-dessus.

L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’analyser, de déterminer et éventuellement de prédire l’évolution du régime de fonctionnement d’un système énergétique.

Pour cela, un premier aspect de l’invention concerne un procédé d’analyse du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisé au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de contraintes de fonctionnement ; ledit procédé comprenant, à partir d’une série temporelle des variables caractéristiques :

pour chaque instant de la série temporelle, une première étape de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque variable caractéristique étant associée à au moins une contrainte, une contrainte pouvant être associée à une ou plusieurs variables caractéristiques ;
pour chaque instant de la série temporelle, une deuxième étape de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque contrainte de fonctionnement sans dimension étant associée à une règle, une règle pouvant être associée à une ou plusieurs contraintes de fonctionnement sans dimension ;
pour chaque instant de la série temporelle, une troisième étape de détermination, pour chaque règle, d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir une pluralité d’indicateurs de gravité, un défaut étant associé à une règle lorsque l’indicateur associé à ladite règle est supérieur à un seuil prédéfini, l’ensemble des indicateurs ainsi obtenu pouvant être associé à un point dans un espace de dimension , dit espace d’origine, où est le nombre d’indicateurs, dit point de fonctionnement dans l’espace d’origine ;
pour chaque instant de la série temporelle, une quatrième étape de projection non linéaire du point de fonctionnement de l’espace d’origine vers un espace de projection de sorte à obtenir un point de fonctionnement dans l’espace de projection, l’espace de projection étant de dimension inférieure à l’espace d’origine.

L’utilisation de contraintes sans dimensions (et donc de règles sans dimensions) associées à des indicateurs de gravité permet de visualiser aisément, dans un espace de faible dimension (l’espace de projection), l’évolution du régime de fonctionnement d’un système énergétique et d’identifier les régimes nominaux et les régimes défectueux au cours du temps. Il est en outre possible d’attribuer l’origine ou les origines du défaut en fonction de la position du régime de fonctionnement considéré dans l’espace de projection.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un premier aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de simulation du système énergétique de sorte à obtenir la série temporelle des variables caractéristiques.

Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de détermination du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisée au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de règles de fonctionnement ; ledit procédé comprenant un première phase d’initialisation et une deuxième phase de diagnostic ; la première phase d’initialisation comprenant une mise en œuvre d’un procédé d’analyse du régime de fonctionnement selon l’une des revendications précédentes ; la deuxième phase de diagnostic comprenant :

une première étape d’acquisition des variables caractéristiques ;
une deuxième étape de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique en fonction des variables acquises ;
une troisième étape de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique à partir des contraintes de fonctionnement sans dimension déterminée lors de l’étape précédente ;
pour chaque règle déterminée à l’étape précédente, une quatrième étape de détermination d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir un point de fonctionnement actuel dans l’espace d’origine ;
une cinquième étape de projection a posteriori du point de fonctionnement actuel vers l’espace de projection, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement actuel dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.

Ainsi, il est possible de déterminer, à partir de données préalablement analysées et d’une mesure de la valeur courante des variables caractéristiques, le régime de fonctionnement du système énergétique (nominal ou défectueux), mais également de savoir, le cas échéant, l’origine ou les origines du défaut.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un deuxième aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

Dans un mode de réalisation, la première étape d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape de détermination des contraintes, la troisième étape de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape de projection a posteriori de la phase de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques et dans lequel la phase de diagnostic comprend en outre :

une sixième étape de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace de projection pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase d’initialisation ;
une septième étape de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.

Dans un mode de réalisation alternatif, la première étape d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape de détermination des contraintes, la troisième étape de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape de projection a posteriori de la phase de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques et dans lequel la phase de diagnostic comprend en outre :

une sixième étape de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase d’initialisation ;
une septième étape de projection a posteriori de la position dans l’espace d’origine ainsi prédite de sorte à obtenir une position prédite dans l’espace de projection ;
une huitième étape de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position dans l’espace de projection ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.

Il est ainsi possible de prédire l’évolution du régime de fonctionnement du système énergétique et, éventuellement, d’effectuer une correction de la trajectoire et/ou de déclencher une alerte à destination des utilisateurs ou de l’opérateur.

Dans un mode de réalisation, le procédé comporte, lorsque le régime de fonctionnement prédit est un régime défectueux, une étape de mise en œuvre d’une consigne corrective et/ou une étape d’émission d’une alerte.

Un troisième aspect de l’invention concerne un dispositif de traitement de données comprenant un processeur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon un premier aspect ou un deuxième aspect de l’invention.

Un quatrième aspect de l’invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre un procédé selon un premier aspect ou un deuxième aspect de l’invention.

Un cinquième aspect de l’invention concerne un support de données lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon un quatrième aspect de l’invention.

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 montre un ordinogramme d’un procédé selon un premier aspect de l’invention.
La figure 2 montre représentation schématique d’un système énergétique sur lequel peut être appliqué un procédé selon un premier ou un deuxième aspect de l’invention.
La figure 3 montre un exemple de l’évolution d’un indicateur de risque en fonction de la valeur d’une règle.
La figure 4 montre un exemple d’évolution dans le temps d’un indicateur de risque.
Les figures 5 et 6 montrent deux cartographies susceptibles d’être obtenues à l’aide d’un procédé selon un premier aspect de l’invention.
La figure 7 montre un ordinogramme d’un procédé selon un deuxième aspect de l’invention.

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.

Un premier aspect de l’invention illustré en figure 1 concerne un procédé 100 d’analyse du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisée au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de contraintes de fonctionnement. On entend par système énergétique, tout équipement permettant une production, transformation, acheminement ou utilisation énergétique à des fins de confort, ou de mise en œuvre d’un procédé au service des utilisateurs du bâtiment. Par exemple, un système énergétique peut comprendre tout système de chauffage, de rafraichissement ou de refroidissement (chaudière, pompe à chaleur, poêle à granulés, puit canadien, etc.), de ventilation (mécanique simple flux, double flux, hygroréglables, centrale de traitement d’air, etc.), de production d’eau chaude sanitaire (chauffe-eau solaire, thermodynamique, à gaz, etc.) et/ou de systèmes de production à demeure (panneaux photovoltaïques, solaire thermique, éoliennes, etc.). De plus, un système énergétique selon l’invention est instrumenté et permet de mesurer certaines grandeurs physiques telles que la température, la pression, la puissance ou des états (ouvert/fermé, on/off, etc.), ces grandeurs physiques étant désignées par le terme de variables caractéristiques dans la suite. De manière générale, l’ensemble des données relatif à ces mesures est centralisé au sein d’un système électronique dénommé Gestion Technique du Bâtiment.

Le procédé 100 selon un premier aspect de l’invention est mis en œuvre à partir d’une série temporelle de variables caractéristiques du régime de fonctionnement du système énergétique. Dans la suite, la série temporelle de variables caractéristique sera notée où est la variable (par exemple la température extérieure, la puissance électrique, etc.) mesurée à l’instant avec avec le nombre total de variables mesurées à chaque instant et avec le nombre total d’acquisitions dans le temps.

Dans un mode de réalisation, la série temporelle est obtenue par des mesures in situ (c’est-à-dire sur le système énergétique) durant une période prolongée de fonctionnement (par exemple, plusieurs semaines ou plusieurs mois pour un bâtiment). Cela présente l’avantage de disposer de données réelles lors de la mise en œuvre du procédé selon un premier aspect de l’invention. Dans un mode de réalisation, la série temporelle est obtenue à partir de simulations du comportement du système énergétique. Cette solution présente l’avantage de contrôler la nature des dysfonctionnements et donc de pouvoir associer les données simulées aux dysfonctionnements correspondants.

Dans la suite, un mode de réalisation du procédé 100 selon un premier aspect de l’invention sera illustré au travers du système de ventilation illustré à la figure 2. Ce système de ventilation comporte un échangeur de chaleur (Heat exchanger), un élément chauffant (Heat coil), un ventilateur d’alimentation (Supply fan) et un ventilateur d’extraction (Exhaust fan). Il comprend également cinq dispositifs de mesure de la température de sorte à mesurer la température de l’air extérieur , le température de l’air extrait , la température de l’air retour , la température de l’air préchauffé (en sortie de l’échangeur) et la température de l’air fournie . Le système est en outre caractérisé par la puissance fournie à l’élément chauffant et aux ventilateurs .

Le procédé 100 selon un premier aspect de l’invention comprend, pour chaque instant de la série temporelle, une première étape (1E1) de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque variable caractéristique étant associée à au moins une contrainte, une contrainte pouvant être associée à une ou plusieurs variables.

Dans l’exemple de la figure 2, les contraintes hivernales (c’est-à-dire propres au fonctionnement durant la période hivernale) suivantes peuvent être dégagées (la notation utilisée trouvera sa justification dans la suite de la description) :

Les contraintes et permettent de détecter une surchauffe de la pièce ventilée. La contrainte permet de détecter un problème de contrôle lié à la surchauffe de la pièce ventilée. La contrainte permet de détecter un problème dans les moyens de chauffage ou le mauvais placement des capteurs de température. Les contraintes et permettent de détecter si les moyens de chauffage se déclenchent bien lorsque cela est nécessaire. Les contraintes et permettent de détecter si les moyens de chauffage se déclenchent même lorsque cela n’est pas nécessaire. Enfin, les contraintes et permettent de détecter si les moyens de chauffage fournissent de l’énergie seulement lorsque cela est bien nécessaire. On verra dans la suite que plusieurs contraintes peuvent être combinées pour former une règle, bien qu’une règle puisse ne comporter qu’une seule contrainte. On notera également que la puissance fournie aux ventilateurs n’apparait pas dans les contraintes hivernales, mais serait en revanche l’objet d’une ou plusieurs contraintes estivales. Autrement dit, la variable concernant cette puissance n’est pas une variable du régime de fonctionnement hivernal du système.

En reprenant la notation déjà introduite de (avec où est le nombre de mesures captées sur le site et où est le nombre de pas de temps dans les séries temporelles de mesures, une contrainte peut être formulée plus généralement de la manière suivante :

où les valeurs de ( ) décrivent la méthode à utiliser pour comparer les différentes mesures (addition des valeurs lorsque et soustraction des valeurs lorsque ) et est une valeur limite associée à la contrainte. Par exemple, lorsque l’on compare des mesure deux à deux, il existe alors dans le vecteur une valeur égale à 1, une valeur égale à -1 et les autres valeurs sont nulles. Dans le cas des contraintes énoncées ci-dessus et en reprenant les mêmes indices, on a , , , , , , , , , . Ainsi, une contrainte est définie de façon à ce que sa valeur soit négative lorsque le fonctionnement est conforme à ladite contrainte.

Afin de pouvoir obtenir des contraintes adimensionnelles (ou sans dimension) à partir de ces contraintes, on choisit une probabilité de risque puis on introduit un coefficient tel que la probabilité que la contrainte soit inférieure à est égale à la probabilité de risque. Autrement dit, la relation suivante à une probabilité égale à la probabilité de risque d’être correcte :

De manière générale on prend une valeur de probabilité de risque supérieure à 0,8, de préférence supérieure ou égale à 0,9. Dans l’exemple de la figure 2, on prendra une probabilité de risque égale à 0,9. Autrement dit, et pour donner un exemple, pour la première contrainte , les données montrent que la condition a une chance sur dix de se produire (c’est-à-dire la relation d’être fausse), alors on prendra . Afin de produire les contraintes sans dimension dans l’exemple de la figure 2, les valeurs suivantes de la variable sont choisies : , , , , , , , , et (la même probabilité de risque est utilisée pour l’ensemble de ces valeurs).

La contrainte peut ensuite être rendue adimensionnelle à l’aide de la reformulation suivante :

où est l’indice relatif à la règle et est l’indice relatif à la contrainte associée à la règle (dans la suite, lorsqu’une règle n’est associé qu’à une seule contrainte, l’indice n’est pas indiqué). Dans le cas de la figure 2, la première contrainte sans dimension devient , la probabilité que cette valeur soit inférieure à 1 étant donc égale à la probabilité de risque choisie pour l’adimensionnement, c’est-à-dire égale à 0,9.

Le procédé 100 selon un premier aspect de l’invention comprend ensuite pour chaque instant de la série temporelle, une deuxième étape 1E2 de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque contrainte de fonctionnement sans dimension étant associée à une seule règle, une règle pouvant être associée à une ou plusieurs contraintes de fonctionnement sans dimension. En effet, il est possible de formuler une ou plusieurs règles adimensionnelles à partir d’une ou plusieurs contraintes sans dimension, une fois ces dernières déterminées.

Dans un mode de réalisation, chaque règle est obtenue à l’aide de l’une des deux formules suivantes : ou .

où une règle est une série temporelle avec où est le nombre de règles considérées pouvant être la combinaison d’une ou plusieurs contraintes sans dimension avec où est le nombre de contraintes intervenant dans la définition de la rège . Le facteur est calculé en fonction de la probabilité de risque utilisée pour calculé les constantes . Plus particulièrement, (par exemple ) où est la valeur de la probabilité de risque et est une fonction croissante. Dans l’exemple de la figure 2, le facteur est donné par

Dans l’exemple de la figure 2, la première règle prendra en compte la première contrainte correspondant à la contrainte adimensionnelle et la deuxième contrainte correspondant à la deuxième contrainte adimensionnelle de sorte que , cette règle permettant de détecter une surchauffe de la pièce ventilée. Il est intéressant de noter ici que l’usage de contraintes sans dimension permet d’utiliser les fonctions et comme des opérateurs logiques, étant équivalent à l’opérateur ET et étant équivalent à l’opérateur OU. Cette possibilité permet également d’établir des règles à partir de contraintes liés à des grandeurs physique difficilement comparables entres elles. Dans l’exemple de la figure 2, la règle 6 met en jeu une première contrainte liée à des températures et une deuxième contrainte liée à une puissance.

Les contraintes sont parfois influencées par un état on/off d’un équipement (par exemple l’état ouvert/fermé d’un ouvrant ou l’état marche/arrêt d’un équipement) pouvant être représenté par un booléen. Afin de prendre en compte cette dépendance, il est possible d’adopter une deuxième définition de contrainte donnée par l’un des deux expressions suivantes :

ou

avec le booléen représentant l’état de l’équipement et où est le nombre d’équipements dont la marche est monitorée. Dans ce cas, l’analyse du régime de fonctionnement se fait également à partir d’une série temporelle de variables booléennes correspondant à l’état des différent équipements du système énergétique.

Le procédé 100 selon un premier aspect de l’invention comprend ensuite, pour chaque instant de la série temporelle, une troisième étape 1E3 de détermination, pour chaque règle, d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir une pluralité d’indicateurs de gravité, un défaut étant associé à une règle lorsque l’indicateur associé à ladite règle est supérieur à un seuil prédéfini, l’ensemble des indicateurs ainsi obtenu pouvant être associé à un point dans un espace de dimension , dit espace d’origine, où est le nombre d’indicateurs, dit point de fonctionnement dans l’espace d’origine. De préférence, la valeur de cet indicateur est comprise entre et .

Dans un mode de réalisation, en reprenant la notation déjà introduite, un indicateur de gravité associé à la règle est donné par la formule suivante :

où est une fonction croissante, par exemple . La fonction utilisée ici est la même fonction que la fonction évoquée lors du calcul du facteur utilisé dans l’expression des règles (voir notamment le paragraphe [0041]). Il bien entendu possible de regrouper ces indices de gravité au sein d’une matrice notée . Une représentation graphique d’un tel indicateur est illustrée à la figure 3. Sur cette figure, un indicateur inférieur à zéro indique qu’il n’y a pas de risque associé à la règle tandis qu’un indicateur supérieur à zéro indique qu’il y a un risque associé à la règle. La figure 4 illustre l’évolution d’un indice de gravité associé à une règle au cours du temps et dans lequel un seuil à a été fixé. Aussi, lorsque l’indice de gravité associé à la règle est supérieur à , un défaut est associé à la règle en question. Cela signifie donc que, dans un régime optimal, aucun indice de gravité n’est supérieur à . L’indicateur ainsi obtenu permet non seulement d’obtenir un point caractéristique dans un espace d’origine, mais également de caractériser le régime de fonctionnement, c’est-à-dire qu’un défaut est associé à indicateur lorsque ce dernier est supérieur à un seuil prédéfini.

Le procédé selon un premier aspect de l’invention comprend enfin, pour chaque instant de la série temporelle, une quatrième étape 1E4 de projection non linéaire du point de fonctionnement de l’espace d’origine vers un espace de projection de sorte à obtenir un point de fonctionnement dans l’espace de projection, l’espace de projection étant de dimension inférieure à l’espace d’origine.

Comme illustré à la figure 5 pour le cas d’un système de ventilation tel qu’illustré à la figure 2, à l’issue du procédé selon un premier aspect de l’invention, une cartographie des différents régimes de fonctionnement est obtenue dans un espace de faible dimension permettant une analyse facile du régime de fonctionnement du système énergétique par l’utilisateur. Plus particulièrement, sur cette figure, il est possible de distinguer une zone de fonctionnement nominal au centre et une zone de fonctionnement défectueux en périphérie. Par ailleurs, l’identification du régime comme étant un régime défectueux peut être dû à des règles différentes. Par exemple, lorsque la détection se fait selon les six règles évoquées précédemment, un premier régime défectueux peut être dû à un non-respect de la première règle, un deuxième régime défectueux peut être dû à un non-respect de la deuxième règle, etc. Il est important de noter que la projection non linéaire utilisée lors de l’étape de projection a pour conséquence de regrouper les régimes défectueux en fonction de la ou des règles non respectées. En effet, les méthodes de projection non linéaire sont en général destinées à préserver les ressemblances entre les données. Les données étant comparées sur leurs positions dans l’espace d’origine (les coordonnées dans cet espace étant données par les indicateurs), les cas de défaillances sont généralement représentés comme proches. Cela est particulièrement visible sur la figure 5 dans laquelle six règles sont utilisées pour qualifier le régiment de fonctionnement. Sur cette figure, il est ainsi possible de diviser la zone relative à un fonctionnement défectueux en six sous-zones, chacune étant associée à un défaut différent. Cette représentation permet une lecture simple des défauts : la position dans le cadran horaire permet d’identifier la nature du défaut tandis que l’éloignement par rapport à la zone centrale de fonctionnement nominal permet d’identifier la sévérité du défaut.

En outre, l’utilisation d’un indicateur de gravité associé à chaque règle permet de classer chaque défaut en fonction de la valeur de l’indicateur qui lui est associé. Par exemple, en supposant un seuil de détection d’un défaut à 0,2, si une première règle est associée à un indicateur dont la valeur est 0,9 et un deuxième défaut est associé à un indicateur dont la valeur est 0,8 (et les autres indicateurs sont inférieurs à 0.2), alors le premier défaut sera le défaut principal et le deuxième défaut sera le défaut secondaire. Dans l’exemple de la figure 5 précédemment évoquée, les zones de défauts font référence au défaut primaire. Rien n’empêche cependant un point dans la zone associée à un défaut 5 d’être également associé à un défaut secondaire 2 (pour donner un exemple).

Il est cependant possible de représenter, dans l’espace de projection, les différents régimes de fonctionnement en fonction du défaut principal, mais également du défaut secondaire. Ceci est illustré à la figure 6 dans laquelle le graphique de gauche représente les défauts principaux tandis que le graphique de droite représente les défauts secondaires. Aussi, peuvent être représentés sur un même graphique le défaut principal en utilisant un premier vecteur d’information (par exemple, la forme des points) et un défaut secondaire en utilisant un deuxième vecteur d’information (par exemple, la couleur des points). Bien entendu, ce concept peut être étendu à des défauts d’ordres supérieurs si nécessaire et illustre les avantages que procure un procédé selon un premier aspect de l’invention dans l’analyse du régime de fonctionnement d’un système énergétique au cours du temps. Il est important de noter ici que cette vision multiple de défauts n’est rendue possible par l’utilisation conjointe de règles sans dimension et d’un indice de gravité associé à chacune de ses règles.

Une fois la cartographie obtenue, il est possible d’utiliser cette dernière afin de déterminer le régime de fonctionnement du système énergétique. Pour cela, un deuxième aspect de l’invention illustré à la figure 7 concerne un procédé 200 de détermination du régime de fonctionnement d’un système énergétique. Le procédé selon un deuxième aspect de l’invention comprend une première phase DI d’initialisation et une deuxième phase PI de diagnostic. La phase PI d’initialisation comprend une étape de mise en œuvre d’un procédé 100 d’analyse selon un premier aspect de l’invention de sorte à obtenir une cartographie telle que décrite précédemment. La phase DI de diagnostic vise à acquérir les variables caractéristiques du système énergétique et à les comparer aux données traitées lors de la phase d’initialisation, la comparaison se faisant au moyen de la cartographie obtenue dans l’espace de projection.

Pour ce faire, la phase DI de diagnostic comprend une première étape 2E1 d’acquisition des variables caractéristiques. Ces variables caractéristiques vont permettre de déterminer le régime de fonctionnent actuel du système énergétique. Lorsqu’une ou plusieurs contraintes dépendent de l’état d’un ou plusieurs équipements du système, cette étape 2E1 d’acquisition concerne également les variables booléennes correspondant à l’état du ou desdits équipements du système énergétique.

Il est cependant nécessaire d’effectuer un traitement préalable de ces variables avant d’effectuer la comparaison avec les données de la phase d’initialisation. Pour cela la phase DI de diagnostic comprend une deuxième étape 2E2 de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique en fonction des variables acquises. Autrement dit, les contraintes utilisées lors de la phase d’initialisation sont à nouveau utilisées ici.

La phase DI de diagnostic comprend ensuite une troisième étape 2E3 de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique à partir des contraintes de fonctionnement sans dimension déterminée lors de l’étape 2E2 précédente. Comme pour les contraintes, les règles utilisées lors de la phase d’initialisation sont à nouveau utilisées ici.

La phase de diagnostic comprend ensuite, pour chaque règle déterminée à l’étape précédente, une quatrième étape 2E4 de détermination d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir un point de fonctionnement actuel dans l’espace d’origine. Autrement dit, les indicateurs déterminés lors de cette étape sont utilisées ici afin de définir un nouveau point dans l’espace d’origine, ledit point étant représentatif du régime de fonctionnement actuel du système énergétique. Comme déjà évoqué, l’espace d’origine ne permet pas d’analyser facilement le régime de fonctionnement par comparaison et il est donc nécessaire de projeter le nouveau point dans l’espace de projection.

Pour cela, la phase de diagnostic comprend également une cinquième étape 2E5 de projection a posteriori du point de fonctionnement actuel vers l’espace de projection. La technique de projection a posteriori pourra être choisie parmi les techniques de projection a posteriori connues de l’homme du métier, par exemple une méthode de projection a posteriori telle que décrite dans la demande de brevet FR 1663011. Une fois cette projection effectuée, il est possible de déterminer le régime de fonctionnement en fonction de la position du point de fonctionnement actuel dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenue lors de la phase PI d’initialisation dans l’espace de projection. Par exemple, si le point de fonctionnement actuel dans l’espace de projection se situe dans la zone associée au cinquième défaut de la figure 5, alors le régime de fonctionnement sera considéré comme étant défectueux, le ou les défauts pouvant en outre être identifiés. De plus, la projection permet d’obtenir une représentation de l’état du système facile à lire, dans la mesure où il est possible d’identifier la position du point de fonctionnement dans des zones identifiées lors de la phase d’initialisation et de comparer la position de fonctionnement aux positions de fonctionnement passés (ou simulés) du système.

Il peut être également intéressant de tirer parti des données traitées lors de la phase PI d’initialisation pour effectuer une prédiction de l’évolution du régime de fonctionnement du système dans un horizon de temps donné. En effet, la série temporelle utilisée lors de la phase d’initialisation représente l’évolution du système au cours du temps, c’est-à-dire une trajectoire dans l’espace d’origine (respectivement l’espace de projection). Ainsi, connaissant une pluralité de positions consécutives dans le temps du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine (respectivement l’espace de projection), il est possible d’identifier à quelle trajectoire appartient cette pluralité de positions et donc, d’en déduire les positions futures dans l’espace d’origine (respectivement l’espace de projection).

Aussi, dans un mode de réalisation, la première étape 2E1 d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape 2E2 de détermination des contraintes, la troisième étape 2E3 de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape 2E4 de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape 2E5 de projection a posteriori de la phase de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques. Ainsi, une série de points représentant l’évolution actuelle du régime de fonctionnement dans l’espace de projection est obtenue.

La phase DI de diagnostic comprend en outre une sixième étape 2E6 de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace de projection pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase PI d’initialisation. Autrement dit, la trajectoire actuelle du régime de fonctionnement est identifiée à une trajectoire du régime de fonctionnement relative à la série temporelle utilisée lors de la phase d’initialisation. Puis, à partir de cette identification, il est possible de déterminer l’évolution future de ladite trajectoire, c’est-à-dire de prédire la position du régime de fonctionnement dans l’espace de projection pour un horizon de temps donné.

A partir de cette position prédite dans l’espace de projection, il est alors possible de déterminer le régime de fonctionnement correspondant. Pour cela, la phase DI de diagnostic comprend également une septième étape 2E7 de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.

Dans un mode de réalisation alternatif, comme précédemment, la première étape 2E1 d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape 2E2 de détermination des contraintes, la troisième étape 2E3 de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape 2E4 de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape 2E5 de projection a posteriori de la phase de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques. Ainsi, une série de points représentant l’évolution actuelle du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine est obtenue.

La phase DI de diagnostic comprend en outre une sixième étape de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase PI d’initialisation. Autrement dit, la trajectoire actuelle du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine est identifiée à une trajectoire du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine relative à la série temporelle utilisée lors de la phase PI d’initialisation. Puis, à partir de cette identification, il est possible de déterminer l’évolution future de ladite trajectoire, c’est-à-dire de prédire la position du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine pour un horizon de temps donné.

La phase DI de diagnostic comprend en outre une septième étape de projection a posteriori de la position dans l’espace d’origine ainsi prédite de sorte à obtenir une position prédite dans l’espace de projection. On obtient ainsi, à partir de la position prédite dans l’espace d’origine, une position prédite dans l’espace de projection.

Enfin, la phase DI de diagnostic comprend une huitième étape de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position dans l’espace de projection ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.

Il peut être intéressant, lorsque le régime ainsi prédit correspond à un fonctionnement défectueux (c’est-à-dire que la position prédite dans l’espace de projection se situe dans une zone associée à un régime défectueux du fait d’un ou plusieurs défauts), d’effectuer une mesure correctrice et/ou d’émettre une alerte. La mesure correctrice peut par exemple consister en la modification des consignes de pilotage du système. L’alerte peut notamment consister en l’émission d’un son, d’une lumière, d’un message électronique (SMS, courriel, etc.). Pour ce faire, dans un mode de réalisation, le procédé selon un deuxième aspect de l’invention comprend, lorsque le régime de fonctionnement prédit est un régime défectueux, une étape de mise en œuvre d’une consigne corrective et/ou une étape d’émission d’une alerte.

Claims

Procédé (100) d’analyse du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisé au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de contraintes de fonctionnement ; ledit procédé comprenant, à partir d’une série temporelle des variables caractéristiques :
pour chaque instant de la série temporelle, une première étape (1E1) de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque variable caractéristique étant associée à au moins une contrainte, une contrainte pouvant être associée à une ou plusieurs variables caractéristiques ;

pour chaque instant de la série temporelle, une deuxième étape (1E2) de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique, chaque contrainte de fonctionnement sans dimension étant associée à une règle, une règle pouvant être associée à une ou plusieurs contraintes de fonctionnement sans dimension ;

pour chaque instant de la série temporelle, une troisième étape (1E3) de détermination, pour chaque règle, d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir une pluralité d’indicateurs de gravité, un défaut étant associé à une règle lorsque l’indicateur associé à ladite règle est supérieur à un seuil prédéfini, l’ensemble des indicateurs ainsi obtenu pouvant être associé à un point dans un espace de dimension , dit espace d’origine, où est le nombre d’indicateurs, dit point de fonctionnement dans l’espace d’origine ;

pour chaque instant de la série temporelle, une quatrième étape (1E4) de projection non linéaire du point de fonctionnement de l’espace d’origine vers un espace de projection de sorte à obtenir un point de fonctionnement dans l’espace de projection, l’espace de projection étant de dimension inférieure à l’espace d’origine.
Procédé (100) selon la revendication précédente comprenant en outre une étape de simulation du système énergétique de sorte à obtenir la série temporelle des variables caractéristiques.
Procédé (200) de détermination du régime de fonctionnement d’un système énergétique, le régime de fonctionnement du système énergétique étant caractérisée au moyen d’une pluralité de variables, dites variables caractéristiques, et de règles de fonctionnement ; ledit procédé comprenant un première phase (PI) d’initialisation et une deuxième phase (DI) de diagnostic ; la première phase (PI) d’initialisation comprenant une mise en œuvre d’un procédé (100) d’analyse du régime de fonctionnement selon l’une des revendications précédentes ; la deuxième phase (DI) de diagnostic comprenant :
une première étape (2E1) d’acquisition des variables caractéristiques ;

une deuxième étape (2E2) de détermination des contraintes de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique en fonction des variables acquises ;

une troisième étape 2E3 de détermination des règles de fonctionnement adimensionnelle du système énergétique à partir des contraintes de fonctionnement sans dimension déterminée lors de l’étape précédente ;

pour chaque règle déterminée à l’étape précédente, une quatrième étape (2E4) de détermination d’un indicateur de gravité associée à ladite règle de sorte à obtenir un point de fonctionnement actuel dans l’espace d’origine ;

une cinquième étape (2E5) de projection a posteriori du point de fonctionnement actuel vers l’espace de projection, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement actuel dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.
Procédé (200) selon la revendication précédente dans lequel la première étape (2E1) d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape (2E2) de détermination des contraintes, la troisième étape (2E3) de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape (2E4) de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape (2E5) de projection a posteriori de la phase (DI) de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques et dans lequel la phase (DI) de diagnostic comprend en outre :
une sixième étape (2E6) de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace de projection pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase (PI) d’initialisation ;

une septième étape (2E7) de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.
Procédé (200) selon la revendication 3 dans lequel la première étape (2E1) d’acquisition des variables caractéristiques, deuxième étape (2E2) de détermination des contraintes, la troisième étape (2E3) de détermination des règles de fonctionnement, la quatrième étape (2E4) de détermination d’un indicateur de gravité et la cinquième étape (2E5) de projection a posteriori de la phase (DI) de diagnostic concernent une deuxième série temporelle de variables caractéristiques et dans lequel la phase (DI) de diagnostic comprend en outre :
une sixième étape de prédiction de la position du régime de fonctionnement dans l’espace d’origine pour un horizon de temps donné en fonction de la deuxième série temporelle de variables caractéristiques et d’une partie au moins de la série temporelle de variables caractéristiques utilisées lors de la phase (PI) d’initialisation ;

une septième étape de projection a posteriori de la position dans l’espace d’origine ainsi prédite de sorte à obtenir une position prédite dans l’espace de projection ;

une huitième étape de détermination du régime de fonctionnement en fonction de la position dans l’espace de projection ainsi prédite, la détermination du régime de fonctionnement se faisant en fonction de la position du point de fonctionnement prédit dans l’espace de projection et de la position des points de fonctionnement obtenus lors de la phase d’initialisation dans l’espace de projection.
Procédé selon la revendication précédente comprenant en outre, lorsque le régime de fonctionnement prédit est un régime défectueux, une étape de mise en œuvre d’une consigne corrective et/ou une étape d’émission d’une alerte.
Dispositif de traitement de données comprenant un processeur configuré pour mettre en œuvre le procédé (100,200) selon l’une des revendications précédentes.
Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre un procédé (100,200) selon l’une des revendications 1 à 5.
Support de données lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication précédente.