OA17376A - Control unit for an energy storage battery. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une centrale de pilotage, et le procédé de commande associé, d'une batterie (2) de stockage d'énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale approchant une consigne de puissance totale (Prod (T)) suivant un plan de production, la centrale de pilotage (1) est adaptée pour déterminer une trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie (SOC_ref(t)) à partir d'une modélisation de la batterie (5) et d'une consigne optimisée de puissance de batterie (Pbatt(T)), ladite consigne optimisée de puissance de batterie (Pbatt(T)) étant déterminée à partir de la consigne de puissance totale (Prod(T)), et la centrale de pilotage (1 ) est adaptée pour mettre en œuvre une régulation en boucle fermée de de l'état de charge de la batterie pour imposer le suivi par l'état de charge (SOC(t)) de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie (SOC_ref(t)). The invention relates to a control unit, and the associated control method, of an energy storage battery (2) intended to be coupled to a source of intermittent electrical production in order to supply an electrical energy network with power. total electrical power approaching a total power setpoint (Prod (T)) according to a production plan, the control unit (1) is adapted to determine a reference trajectory of the state of charge of the battery (SOC_ref (t)) from a modeling of the battery (5) and from an optimized battery power setpoint (Pbatt (T)), said optimized battery power setpoint (Pbatt (T)) being determined from the setpoint of total power (Prod (T)), and the control unit (1) is adapted to implement closed-loop regulation of the state of charge of the battery to impose monitoring by the state of charge (SOC (t)) of the reference path of the state of charge of the battery (SOC_ ref (t)).
Description
Centrale de pilotage d’une batterie de stockage d’énergieControl unit for an energy storage battery
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTIONGENERAL TECHNICAL FIELD AND BACKGROUND OF THE INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine de la production électrique, plus précisément à une centrale de pilotage et au procédé associé pour commander une batterie de stockage d'énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale lisse approchant une consigne de puissance totale suivant un plan de production annoncé à l'avance au gestionnaire de réseau.The present invention relates to the field of electrical production, more precisely to a control unit and to the associated method for controlling an energy storage battery intended to be coupled to an intermittent electrical production source to supply a network with electrical energy a smooth total electrical power approaching a total power setpoint according to a production plan announced in advance to the network manager.
Depuis quelques années la production d’énergie au moyen de sources de production électrique intermittentes, telles qu'éolienne, photovoltaïque, solaire, etc., connaît un essor sans précédent. De telles sources de production électrique intermittentes sont généralement regroupées en des fermes, par exemple dans le cas d'un champ d’éoliennes ou d'un ensemble de panneaux photovoltaïques, et raccordées à un réseau d’énergie électrique auquel elles fournissent de l’électricité. Dans ce document, nous désignerons par source de production électrique intermittente aussi bien une source isolée qu'une telle ferme constituée d'une pluralité de sources, dont le raccordement et la gestion de leur production sont centralisés, dans la mesure où le réseau d'énergie électrique ne voit qu’une centrale de production électrique.In recent years, the production of energy by means of intermittent electricity production sources, such as wind turbines, photovoltaics, solar, etc., has experienced unprecedented growth. Such intermittent electricity production sources are generally grouped together in farms, for example in the case of a wind farm or a set of photovoltaic panels, and connected to an electrical energy network to which they supply electricity. electricity. In this document, we will designate by source of intermittent electricity production both an isolated source and such a farm consisting of a plurality of sources, the connection and management of their production are centralized, insofar as the network of electrical energy sees only one power plant.
Le caractère fatalement aléatoire de ces sources d'énergie impose des règles particulières à leur exploitation, notamment le lissage et la garantie de leur production suivant un plan annoncé à l’avance au gestionnaire du réseau électrique auquel elles sont raccordées, à défaut de quoi, malgré le profit économique qu’elles peuvent engendrer, leur intégration à grande échelle poserait de multiples problèmes.The inevitably random nature of these energy sources imposes specific rules on their operation, in particular the smoothing and guarantee of their production according to a plan announced in advance to the manager of the electricity network to which they are connected, failing which, despite the economic profit they can generate, their large-scale integration would pose multiple problems.
En effet, la production de sources de production électrique intermittentes est souvent mal prévue et leurs variations peuvent entraîner des grands écarts par rapport au plan de production de référence annoncé au gestionnaire de réseau.Indeed, the production of intermittent electricity production sources is often poorly planned and their variations can lead to large deviations from the reference production plan announced to the network operator.
Lorsque la puissance cumulée de ces productions intermittentes devient significative, elle peut mettre en péril l’équilibre offre-demande du système électrique et déstabiliser le réseau, les rendant alors peu attractives pour les gestionnaires de ce réseau.When the cumulative power of these intermittent productions becomes significant, it can jeopardize the supply-demand balance of the electricity system and destabilize the network, making them unattractive for the operators of this network.
Dans les faits, la puissance générée par une source de production électrique intermittente, largement variable d’un jour à l’autre, peut aussi subir de fortes fluctuations dans l’intervalle d’une heure ou de quelques minutes, dues aux variations météorologiques locales. Par exemple, une variation de la vitesse du vent entraîne une variation de la puissance électrique produite par une éolienne. De même, l'ensoleillement influe directement sur la production électrique d'un panneau photovoltaïque, et le passage d'un nuage perturbe celle-ci.In fact, the power generated by an intermittent electricity production source, which varies widely from day to day, can also undergo strong fluctuations in the interval of an hour or a few minutes, due to local weather variations. . For example, a variation in wind speed causes a variation in the electrical power produced by a wind turbine. Likewise, sunlight directly influences the electricity production of a photovoltaic panel, and the passage of a cloud disrupts it.
On conçoit aisément que si certaines variations peuvent être anticipées, au moyen par exemple de prévisions météorologiques, aucun modèle ne peut prévoir à l'avance une variation locale telle que le passage d’un nuage, phénomène transitoire et très local qui a pourtant de fortes répercussions sur la production électrique de panneaux photovoltaïques.It is easy to see that if certain variations can be anticipated, for example by means of meteorological forecasts, no model can predict in advance a local variation such as the passage of a cloud, a transient and very local phenomenon which nevertheless has strong repercussions on the electricity production of photovoltaic panels.
Une solution potentielle au problème d’imprévisibilité de la production électrique est apportée par l’utilisation de moyens de stockage d’énergie couplés à la source de production intermittente. Ces moyens de stockage contribuent à la fois à une gestion intelligente de l’énergie produite et à une amélioration de la qualité de la fourniture. En permettant le stockage d’énergies, ils permettent notamment diverses applications comme le lissage de la production, l’arbitrage de l’énergie, la participation aux services systèmes, le transfert de charge, le soulagement des contraintes sur le réseau de distribution électrique, etc...A potential solution to the problem of unpredictability of electricity production is provided by the use of energy storage means coupled to the source of intermittent production. These storage means contribute both to intelligent management of the energy produced and to an improvement in the quality of the supply. By allowing energy storage, they notably allow various applications such as production smoothing, energy arbitrage, participation in system services, load transfer, relief of constraints on the electrical distribution network, etc ...
Aujourd’hui, plusieurs types de stockage d’énergie existent : électrostatique (capacités), électromagnétique (supraconducteurs), électrochimique (batteries et supercapacités), gravitaire (stockages hydrauliques), inertiel (volant d’inertie) pneumatique ou encore thermique.Today, several types of energy storage exist: electrostatic (capacities), electromagnetic (superconductors), electrochemical (batteries and supercapacitors), gravity (hydraulic storage), inertial (flywheel) pneumatic or thermal.
Parmi ces différentes technologies, le stockage par batterie présente actuellement des avantages majeurs de rapidité de réponse et de manœuvrabilité, offrant plus de flexibilité et de stabilité au pilotage de l'installation de production constituée par la source de production électrique intermittente et la batterie de stockage qui lui est associée, ainsi qu'une puissance et une durée de vie relativement élevées. On appellera par la suite batterie de stockage d'énergie une ou plusieurs batteries individuelles reliées ensemble de sorte qu'elles soient commandées ensembles comme ne constituant qu’une batterie de stockage vis-à-vis de leur utilisation.Among these different technologies, battery storage currently offers major advantages in terms of speed of response and maneuverability, offering more flexibility and stability in the management of the production installation constituted by the source of intermittent electricity production and the storage battery. associated with it, as well as a relatively high power and lifespan. One or more individual batteries connected together so that they are controlled together as constituting only one storage battery with respect to their use will be referred to hereinafter as an energy storage battery.
La batterie de stockage est utilisée pour stocker de l’énergie produite par la source de production électrique intermittente, et la restituer au réseau, en fonction des besoins. La bonne gestion de ces phases de charge et de décharge de la batterie permet d'absorber les variations de production électrique. Elle permet également de mieux adapter la puissance fournie au réseau dans la mesure où la production électrique d’une source de production électrique intermittente n'est pas facilement adaptable. L’utilisation d’une batterie de stockage peut ainsi contribuer à améliorer la prédictibilité de la fourniture et à stabiliser la production électrique.The storage battery is used to store energy produced by the intermittent power generation source, and return it to the grid, as needed. The good management of these phases of charging and discharging the battery makes it possible to absorb the variations in electricity production. It also makes it possible to better adapt the power supplied to the network since the electricity production from an intermittent electricity production source is not easily adaptable. The use of a storage battery can thus help improve the predictability of supply and stabilize electricity production.
Pour un moyen de stockage d'énergie telle qu'une batterie, la capacité à absorber les écarts de production dépend fortement de son dimensionnement et nécessite souvent de grandes capacités. Il est alors tentant de préconiser l'utilisation de batteries présentant de grandes capacités de stockage d'énergie. La plupart des techniques de pilotage présentées dans l’état de l’art supposent ainsi d’importantes capacités de stockage.For an energy storage means such as a battery, the capacity to absorb production differences depends strongly on its sizing and often requires large capacities. It is therefore tempting to recommend the use of batteries with large energy storage capacities. Most of the piloting techniques presented in the state of the art thus assume significant storage capacities.
Cependant, dans la mesure où le coût d'exploitation d'une batterie est étroitement lié à son dimensionnement, une augmentation de la capacité requise d’une batterie peut accroître considérablement le coût du système, le rendant alors économiquement peu rentable.However, since the cost of operating a battery is closely related to its sizing, an increase in the required capacity of a battery can significantly increase the cost of the system, making it economically uneconomic.
Un moyen de contourner le problème de dimensionnement est de mieux planifier la trajectoire de l'état de charge de la batterie en fonction des incertitudes de prévisions. Ceci peut être réalisé par l’intermédiaire des algorithmes d’optimisation stochastique.One way to get around the sizing problem is to better plan the path of the battery state of charge based on forecast uncertainties. This can be achieved through stochastic optimization algorithms.
Ces méthodes de l'état de la technique sont censées permettre d’éviter l’épuisement de la batterie, c'est-à-dire son déchargement complet, ainsi que la saturation de la batterie, c'est-à-dire le dépassement de sa capacité de stockage. Ces deux situations laissent transmettre les fluctuations de la production de l’installation directement au réseau d'énergie électrique auquel est fournie l'énergie, et, dans le cas de la saturation, une perte d'énergie non stockable détériore le rendement de l'installation constituée par la source de production intermittente et la batterie de stockage.These methods of the state of the art are supposed to make it possible to avoid the exhaustion of the battery, that is to say its complete discharge, as well as the saturation of the battery, that is to say the overflow. of its storage capacity. These two situations allow fluctuations in the production of the installation to be transmitted directly to the electrical energy network to which the energy is supplied, and, in the case of saturation, a loss of non-storable energy deteriorates the efficiency of the installation consisting of the intermittent production source and the storage battery.
L’inconvénient de ces méthodes stochastiques de gestion réside dans la sousutilisation de la capacité de stockage en disponibilité. C’est aussi le cas de méthodes de commande prédictive censées garantir un compromis entre la régulation de l’état de charge à une consigne fixe et le lissage de la production de l'installation de production.The downside of these stochastic methods of management is the underutilization of available storage capacity. This is also the case with predictive control methods intended to guarantee a compromise between regulating the state of charge at a fixed setpoint and smoothing the production of the production installation.
Certaines autres applications font appel à des batteries de stockage d'énergie qui ne sont pas couplée à une centrale de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale suivant un plan de production, mais sont utilisées par un consommateur d'énergie électrique pour optimiser sa consommation d'électricité que lui fournit le réseau électrique, notamment en fonction de paramètres tels que la variation horaire du prix de l'électricité.Some other applications use energy storage batteries that are not coupled to an intermittent power plant to supply an electrical power grid with total electrical power according to a production plan, but are used by a consumer of electrical energy to optimize its consumption of electricity supplied by the electrical network, in particular as a function of parameters such as the hourly variation in the price of electricity.
Par exemple, les documents US2012/074909 et US2012/249078 présentent de tels systèmes, dans lesquelles la charge ou la décharge d’une batterie est commandée en fonction de critères tels que le prix de l'électricité ou son impact écologique. Il est à noter que la batterie est alors chargée et déchargée à puissance constante maximale, dans une plage autorisée visant à maximiser l’espérance de vie de la batterie.For example, documents US2012 / 074909 and US2012 / 249078 present such systems, in which the charging or discharging of a battery is controlled according to criteria such as the price of electricity or its ecological impact. It should be noted that the battery is then charged and discharged at maximum constant power, within an authorized range aimed at maximizing the life expectancy of the battery.
Cependant, de tels systèmes ne peuvent pas répondre à l'exigence de lissage d’une production électrique intermittente, ni à la garantie de la puissance électrique délivrée au point de rattachement au réseau électrique. Ils ne peuvent donc pas être mis en œuvre de façon satisfaisante dans le cadre d'une centrale de production électrique intermittente destinée à fournir à un réseau électrique une puissance totale suivant un plan de production annoncé au gestionnaire du réseau.However, such systems cannot meet the requirement of smoothing intermittent electricity production, nor the guarantee of the electrical power delivered to the point of attachment to the electrical network. They cannot therefore be implemented satisfactorily in the context of an intermittent electricity production plant intended to supply an electrical network with total power according to a production plan announced to the network manager.
PRESENTATION DE L’INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
L’invention ci-après présente une alternative à ces méthodes qui ne donnent pas entièrement satisfaction, qui est à la fois simple à mettre en œuvre, peu coûteuse, et permettant une bonne régulation de la production électrique sans nécessiter de grandes capacités de stockage d'énergie, afin de permettre à une centrale de production d'énergie intermittente de fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale lisse approchant une consigne suivant un plan de production annoncé à l'avance au gestionnaire du réseau.The invention below presents an alternative to these methods which are not entirely satisfactory, which is at the same time simple to implement, inexpensive, and allowing good regulation of electricity production without requiring large storage capacities. 'energy, in order to allow an intermittent energy production plant to supply an electrical energy network with a smooth total electrical power approaching a set point according to a production plan announced in advance to the network manager.
L’invention propose à cet effet une centrale de pilotage d’une batterie de stockage d’énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d’énergie électrique une puissance électrique totale approchant une consigne de puissance totale suivant un plan de production annoncé à l’avance au gestionnaire du réseau. La centrale de pilotage est adaptée pour déterminer une trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie à partir d'une modélisation de la batterie et d'une consigne optimisée de puissance de batterie, ladite consigne optimisée de puissance de batterie étant déterminée à partir de la consigne de puissance totale, et pour mettre en œuvre une régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge de la batterie pour imposer le suivi par l’état de charge de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie.The invention provides for this purpose a control unit for an energy storage battery intended to be coupled to an intermittent electrical production source to supply an electrical energy network with a total electrical power approaching a total power setpoint. according to a production plan announced in advance to the network manager. The control unit is suitable for determining a reference trajectory of the state of charge of the battery from a modeling of the battery and an optimized setpoint of battery power, said optimized setpoint of battery power being determined. from the total power setpoint, and to implement closed-loop servo-control of the state of charge of the battery to impose monitoring by the state of charge of the reference path of the state of battery charge.
La régulation par asservissement en boucle fermée de l’état de charge de la batterie, activée en cas de forte dérive de l'état de charge de la batterie, permet d’ajuster la réponse dynamique de l'installation de production en anticipant les saturations ou les épuisements de la batterie tout en maintenant le lissage de la production totale de l'installation.Closed-loop control of the state of charge of the battery, activated in the event of a strong drift in the state of charge of the battery, makes it possible to adjust the dynamic response of the production installation by anticipating saturations or battery depletion while maintaining the smoothing of the total production of the installation.
L'invention est avantageusement complétée par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs différentes combinaisons possibles :The invention is advantageously completed by the following different characteristics taken alone or according to their different possible combinations:
- la centrale est adaptée pour que la puissance électrique totale fournie au réseau approche au mieux la consigne de puissance totale tout en évitant la dérive de l'état de charge de la batterie;- the unit is adapted so that the total electric power supplied to the network approaches the total power setpoint as closely as possible while avoiding the drift of the state of charge of the battery;
- la centrale de pilotage est adaptée pour que la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge soit mise en œuvre en cas de dérive de l'état de charge de la batterie par rapport à la trajectoire de référence de l'état de charge;- the control unit is adapted so that the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge is implemented in the event of a deviation of the state of charge of the battery compared to the reference path of the state dump;
- la centrale de pilotage est adaptée pour que la dérive de l'état de charge corresponde au dépassement d’une bande morte définie autour d'une trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie;- the control unit is adapted so that the drift in the state of charge corresponds to exceeding a dead band defined around a reference trajectory of the state of charge of the battery;
- la centrale de pilotage comprend des moyens de limitation de la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge aux seuls suivis de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie qui éloignent l'état de charge des limites de la batterie;- the control unit includes means for limiting the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge to only the monitoring of the reference path of the state of charge of the battery which moves the state of charge away from the limits drums;
- la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge prend en entrée la trajectoire de référence de l'état de charge et l'état de charge de la batterie pour fournir en sortie une consigne de puissance de batterie en boucle fermée;the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge takes as input the reference trajectory of the state of charge and the state of charge of the battery to provide a closed-loop battery power setpoint as output;
- ladite centrale de pilotage commande la batterie au moyen d'une commande instantanée de puissance déterminée à partir:- said control unit controls the battery by means of an instantaneous power control determined from:
- d'une consigne de puissance de batterie en boucle fermée en sortie de la boucle de régulation, et- a closed loop battery power setpoint at the output of the regulation loop, and
- d'une consigne de puissance de batterie en boucle ouverte correspondant à la différence entre la consigne de production totale et la production instantanée de la source de production électrique intermittente;- an open-loop battery power setpoint corresponding to the difference between the total production setpoint and the instantaneous production of the intermittent electrical production source;
- la consigne de puissance totale suit une trajectoire, et le pas de la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge est inférieur d'au moins un facteur cent par rapport au pas de la trajectoire suivie par la consigne de puissance totale.- the total power reference follows a trajectory, and the step of the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge is at least a factor of one hundred less than the step of the trajectory followed by the total power reference .
L'invention concerne également une installation de production électrique comportant une batterie de stockage d’énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale approchant une consigne de puissance totale suivant un plan de production annoncé à l’avance au gestionnaire du réseau, ladite installation comportant une centrale de pilotage selon l'invention. De préférence, l'installation comporte en outre une source de production électrique intermittente.The invention also relates to an electrical production installation comprising an energy storage battery intended to be coupled to an intermittent electrical production source in order to supply an electrical energy network with a total electrical power approaching a total power setpoint according to a production plan announced in advance to the network manager, said installation comprising a control unit according to the invention. Preferably, the installation further comprises a source of intermittent electrical production.
L'invention concerne aussi un procédé de pilotage d'une batterie de stockage d’énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d’énergie électrique une puissance électrique totale approchant une consigne de puissance totale suivant un plan de production annoncé à l’avance au gestionnaire du réseau, dans lequel une trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie est déterminée à partir d'une modélisation de la batterie et d'une consigne optimisée de puissance de batterie, ladite consigne optimisée de puissance de batterie étant déterminée à partir de la consigne de puissance totale, et une régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge est mise en œuvre pour imposer le suivi par l'état de charge de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie.The invention also relates to a method of controlling an energy storage battery intended to be coupled to an intermittent electrical production source in order to supply an electrical energy network with a total electrical power approaching a total power setpoint according to a production plan announced in advance to the network manager, in which a reference trajectory of the state of charge of the battery is determined from a modeling of the battery and an optimized setpoint of battery power, said optimized battery power setpoint being determined from the total power setpoint, and closed-loop servo-control of the state of charge is implemented to impose the state of charge of the trajectory of reference of the state of charge of the battery.
Le procédé selon l'invention est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs différentes combinaisons possibles :The method according to the invention is advantageously supplemented by the following different characteristics taken alone or according to their different possible combinations:
- la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge est mise en œuvre en cas de dérive de l'état de charge de la batterie par rapport à une valeur de référence de l'état de charge;- regulation by closed-loop servo-control of the state of charge is implemented in the event of a deviation of the state of charge of the battery with respect to a reference value of the state of charge;
- la dérive de l'état de charge correspond au dépassement d’une bande morte définie autour d'une valeur de référence d'état de charge de la batterie;- the state of charge drift corresponds to exceeding a dead band defined around a reference value of the state of charge of the battery;
- la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge est limitée aux seuls suivis de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie qui éloignent l'état de charge des limites de la batterie.- regulation by closed-loop servo-control of the state of charge is limited to monitoring only the reference trajectory of the state of charge of the battery which moves the state of charge away from the limits of the battery.
L'invention concerne aussi un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. De préférence, ce produit programme d'ordinateur prend la forme d'un support lisible par ordinateur sur lequel sont stockées lesdites instructions de code de programme.The invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the invention, when said program is executed on a computer. Preferably, this computer program product takes the form of a computer readable medium on which said program code instructions are stored.
PRESENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels:Other characteristics, aims and advantages of the invention will emerge from the following description, which is purely illustrative and non-limiting, and which should be read with reference to the accompanying drawings in which:
-la figure 1 est un schéma de principe illustrant une centrale de pilotage associée à sa batterie selon un mode de réalisation possible de l’invention;FIG. 1 is a block diagram illustrating a control unit associated with its battery according to a possible embodiment of the invention;
- la figure 2 est un schéma de principe illustrant la boucle de régulation intervenant dans le système de la figure 1.- Figure 2 is a block diagram illustrating the control loop involved in the system of Figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION
En référence à la figure 1, l'installation de production électrique comprend une centrale de pilotage 1 qui commande la puissance électrique de charge/décharge d'une batterie de stockage 2 au moyen d'une commande instantanée de puissance Pbatt(t), variable dans le temps. La batterie de stockage 2 est couplée à une source de production électrique intermittente pour fournir à un réseau d'énergie électrique une puissance électrique totale approchant une consigne de puissance totale Prod(T) suivant un plan de production annoncé à l’avance au gestionnaire du réseau.With reference to FIG. 1, the electrical production installation comprises a control unit 1 which controls the electrical charge / discharge power of a storage battery 2 by means of an instantaneous power control Pbatt (t), variable in time. The storage battery 2 is coupled to an intermittent electrical production source to supply an electrical energy network with total electrical power approaching a total power setpoint Prod (T) according to a production plan announced in advance to the manager of the network.
La centrale de pilotage 1 reçoit d’un optimiseur 3 un plan de production totale constitué d'une séquence de consigne optimale de production totale Prod(T), variable dans le temps, avec un pas dit infra-journalier T d'une durée typique de 30 minutes. Ce plan de production totale est établi au moyen de prévisions de production, par exemple à partir de données météorologiques, ainsi que d'autres facteurs tels que le plan de charge du gestionnaire de réseau, ou l'anticipation de la demande de puissance sur le réseau. Le plan de production totale correspond à la production électrique totale de l'installation de production composée de la production électrique de la source intermittente et de la puissance délivrée par la batterie 2. Une installation idéale devrait suivre au plus près le plan de production totale.The control unit 1 receives from an optimizer 3 a total production plan made up of an optimal setpoint sequence of total production Prod (T), variable in time, with a so-called intraday T step of a typical duration 30 minutes. This total production plan is established by means of production forecasts, for example from meteorological data, as well as other factors such as the load plan of the network operator, or the anticipation of demand for power on the network. The total production plan corresponds to the total electrical production of the production installation composed of the electrical production of the intermittent source and the power delivered by battery 2. An ideal installation should follow the total production plan as closely as possible.
La centrale de pilotage 1 reçoit une mesure instantanée de la production réelle de la source intermittente Prod_f(t) et adapte, en fonction de celle-ci, la puissance à fournir ou à consommer par la batterie 2 pour garantir le suivi du plan de production totale défini par l'optimiseur 3.The control unit 1 receives an instantaneous measurement of the real production from the intermittent source Prod_f (t) and adapts, depending on this, the power to be supplied or consumed by the battery 2 to guarantee the monitoring of the production plan total defined by the optimizer 3.
En effet, les erreurs de prévision, les perturbations météo imprévues et les fluctuations naturelles de la production de la source intermittente conduisent à un écart entre la production électrique instantanée Prod_f(t) de la source intermittente et la consigne optimale de puissance totale Prod(T) qui doit être fournie au réseau électrique, qui doit être compensé par la batterie 2, soit par le stockage de l'énergie produite en excédent, soit par la restitution d’énergie stockée dans la batterie 2. Ainsi, la centrale de pilotage 1 calcule une consigne de puissance de batterie en boucle ouverte Pbatt_BO(t), variable dans le temps, qui sert à déterminer une commande instantanée de puissance de batterie Pbatt(t), variable dans le temps, afin de commander la batterie 2.In fact, forecast errors, unforeseen weather disturbances and natural fluctuations in the production of the intermittent source lead to a difference between the instantaneous electrical production Prod_f (t) of the intermittent source and the optimum total power setpoint Prod (T ) which must be supplied to the electrical network, which must be compensated by battery 2, either by storing the excess energy produced, or by restoring energy stored in battery 2. Thus, the control unit 1 calculates an open-loop battery power setpoint Pbatt_BO (t), variable over time, which is used to determine an instantaneous battery power command Pbatt (t), variable over time, in order to control battery 2.
La consigne de puissance de batterie en boucle ouverte Pbatt_BO(t) correspondant à la commande de puissance demandée à la batterie 2 est donc calculée en boucle ouverte à chaque instant t par Pbatt_BO(t) = Prod(T) - Prod_f(t).The open loop battery power setpoint Pbatt_BO (t) corresponding to the power control requested from the battery 2 is therefore calculated in open loop at each instant t by Pbatt_BO (t) = Prod (T) - Prod_f (t).
Cependant, la seule commande en boucle ouverte de la puissance de la batterie peut conduire à l'épuisement ou à la saturation de la batterie en cas d'écart trop important et/ou trop prolongé entre la production électrique instantanée Prod_f(t) de la source intermittente et la consigne optimale de production totale Prod(T).However, the only open-loop control of the power of the battery can lead to the exhaustion or to the saturation of the battery in the event of a too large and / or too prolonged difference between the instantaneous electrical production Prod_f (t) of the intermittent source and the optimum total production setpoint Prod (T).
Afin de mieux tirer parti de la batterie, l’optimiseur 3 détermine également une consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T), variable dans le temps, qui est fournie à la centrale de pilotage 1. La consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T) correspond à un plan de stockage d'énergie qui est déterminée par l'optimiseur 3 pour la commande de la batterie 2 afin de permettre de répondre au mieux au plan de production totale, compte tenu des variations anticipées de la production de la source intermittente, que la batterie 2 doit compenser.In order to make better use of the battery, the optimizer 3 also determines an optimized battery power setpoint Pbatt (T), variable over time, which is supplied to the control unit 1. The optimized battery power setpoint Pbatt (T) corresponds to an energy storage plan which is determined by the optimizer 3 for the control of the battery 2 in order to allow the best response to the total production plan, taking into account the anticipated variations in the production of the intermittent source, which battery 2 must compensate.
Par exemple, il peut être prévu que la production de la source intermittente ne sera pas suffisante pour assurer la production électrique requise pendant une période donnée, le plan de stockage d'énergie peut alors prévoir un stockage préventif d’énergie antérieurement à cette période donnée afin de disposer, pendant ladite période donnée, de suffisamment d'énergie pour permettre le suivi du plan de production totale.For example, it can be expected that the production of the intermittent source will not be sufficient to ensure the required electricity production during a given period, the energy storage plan can then provide for preventive storage of energy prior to this given period. in order to have, during the said given period, sufficient energy to allow the monitoring of the total production plan.
La centrale de pilotage 1 a pour rôle d’assurer durant chaque pas infra-journalier T le suivi instantané de la consigne optimale de puissance totale Prod(T). Dans un cas idéal, la production fournie par la source de production intermittente en temps-réel est égale à sa prévision et le suivi de la consigne optimale de puissance totale Prod(T) est garanti par la simple application de la consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T) calculé lui aussi par l'optimiseur 3.The role of the control unit 1 is to ensure, during each intraday step T, the instantaneous monitoring of the optimal total power setpoint Prod (T). In an ideal case, the production supplied by the intermittent production source in real time is equal to its forecast and the monitoring of the optimal total power setpoint Prod (T) is guaranteed by the simple application of the optimized power setpoint of battery Pbatt (T) also calculated by the optimizer 3.
Cependant, là encore, des erreurs de prévision, les perturbations météo imprévues et les fluctuations naturelles de la production de la source intermittente peuvent conduire à des écarts trop grand entre la production électrique de la source intermittente et le plan de production, résultant en des épuisements ou des saturations de la batterie de stockage 2. Dans ce cas, la batterie 2 ne pouvant absorber les fluctuations de la production électrique, celles-ci sont directement transmises au réseau.However, here again, forecast errors, unforeseen weather disturbances and natural fluctuations in the production of the intermittent source can lead to too large deviations between the electrical production of the intermittent source and the production plan, resulting in depletion. or saturation of the storage battery 2. In this case, the battery 2 not being able to absorb the fluctuations in the electricity production, these are transmitted directly to the network.
Pour éviter de telles situations, la centrale de pilotage 1 comprend un module de maintien de charge MdC 4 couplé à une modélisation de la batterie 5, les deux opérant en temps-réel à une fréquence fixe et intégrés à la chaîne d’optimisation classique des consignes de la batterie, i.e. l'optimiseur 3.To avoid such situations, the control unit 1 includes a load maintenance module MdC 4 coupled to a model of the battery 5, both operating in real time at a fixed frequency and integrated into the conventional optimization chain of battery setpoints, ie the optimizer 3.
L’objectif principal est de compenser les erreurs de prévisions et les fluctuations de production tout en surveillant et en contrôlant l’état de charge de la batterie 2 dans le but d’éviter au mieux les épuisements et les saturations conduisant à l’invalidité de la batterie 2, c'est-à-dire à sa non-disponibilité en raison d'un manque ou d'une saturation d'énergie stockée.The main objective is to compensate for forecast errors and fluctuations in production while monitoring and controlling the state of charge of battery 2 with the aim of as much as possible avoiding depletion and saturation leading to the invalidity of the battery. battery 2, that is to say to its non-availability due to a lack or saturation of stored energy.
La centrale de pilotage 1 est adaptée pour déterminer une trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie SOC_ref(t) à partir d'une modélisation de la batterie 5 et d’une consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T), ladite consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T) étant déterminée à partir de la consigne de puissance totale Prod(T).The control unit 1 is suitable for determining a reference trajectory of the state of charge of the battery SOC_ref (t) from a modeling of the battery 5 and an optimized setpoint of battery power Pbatt (T) , said optimized battery power setpoint Pbatt (T) being determined from the total power setpoint Prod (T).
La modélisation de la batterie 5 traduit la relation et les contraintes entre la puissance demandée à la batterie 2 (en charge ou en décharge) et la charge que celle-ci doit présenter pour y répondre. La modélisation de la batterie 5 prend en entrée la consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T) et fournit en sortie une trajectoire de référence de l'état de charge SOC_ref(t).The modeling of the battery 5 reflects the relationship and the constraints between the power demanded from the battery 2 (charging or discharging) and the charge that the latter must present in order to meet it. The modeling of the battery 5 takes as input the optimized battery power setpoint Pbatt (T) and provides as output a reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t).
La trajectoire de référence de l'état de charge SOC_ref(t) de la batterie 2 est une suite temporelle de valeurs de référence dudit état de charge SOC(t). Cette trajectoire de référence de l'état de charge SOC_ref(t) représente l'évolution de la charge de batterie qui doit être suivie pour que la batterie 2 soit en mesure de répondre aux sollicitations de puissance du suivi de la consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T).The reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t) of the battery 2 is a temporal sequence of reference values of said state of charge SOC (t). This reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t) represents the evolution of the battery charge which must be followed so that the battery 2 is able to respond to the power demands of the monitoring of the optimized power setpoint of Pbatt battery (T).
Du point de vue de l’état de charge de la batterie 2, la consigne de puissance de batterie en boucle ouverte Pbatt_BO(t), différente de la consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T), est perçue comme une perturbation qui résulte en une déviation de l'état de charge SOC(t) par rapport à sa trajectoire de référence de l'état de charge SOC_ref(t). Cette dernière est calculée par un modèle simplifié de la batterie en fonction de la production prévue Pbatt(T) pour le pas infra-journalier T en cours :From the point of view of the state of charge of battery 2, the open-loop battery power setpoint Pbatt_BO (t), different from the optimized battery power setpoint Pbatt (T), is perceived as a disturbance which results in a deviation of the state of charge SOC (t) with respect to its reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t). The latter is calculated by a simplified model of the battery as a function of the forecast production Pbatt (T) for the current intraday interval T:
SOC_ref(t) = SOC_ref(t - 1) + Te(1/7idec/i Pbatt+(T} + ^h.Pbatt~(T)) avecSOC_ref (t) = SOC_ref (t - 1) + Te ( 1 / 7idec / i Pbatt + (T} + ^ h.Pbatt ~ (T)) with
Pbatt+m = {ph“t(n si PbattÇT) > 0 si Pbatt(T) < 0 etPbatt + m = { ph “ t (n if PbattÇT)> 0 if Pbatt (T) <0 and
- (pbatt(T) si PbattÇr) < 0 si Pbatt(T) > 0 où η ch et %eeA sont respectivement le rendement de charge et de décharge de la batterie 2 et Te est le pas d’échantillonnage de la modélisation de la batterie 5. La modélisation de la batterie 5 est un modèle simplifié donné à titre purement illustratif, des modèles plus complexes et plus fiables de batterie pouvant être envisagés, dans lesquels la trajectoire de référence de l’état de charge SOC_ref(t) en sortie n'est pas exprimé linéairement en fonction de la puissance de charge ou de décharge.- ( pbatt ( T ) if PbattÇr) <0 if Pbatt (T)> 0 where η ch and% eeA are respectively the charging and discharging efficiency of battery 2 and Te is the sampling step of the modeling of the battery 5. The modeling of the battery 5 is a simplified model given for purely illustrative purposes, more complex and more reliable battery models that can be considered, in which the reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t) at the output is not expressed linearly as a function of the charging or discharging power.
Toutefois, la compensation des écarts de production de la source de production par rapport à sa prévision peut engendrer des déviations de l’état de charge SOC(t) par rapport à sa trajectoire optimisée SOC_ref(t), qui en se cumulant peuvent amener l'état de charge SOC(t) vers ses limites d’épuisement ou de saturation de la batterieHowever, the compensation for the production deviations of the production source compared to its forecast can generate deviations of the state of charge SOC (t) compared to its optimized trajectory SOC_ref (t), which by cumulating can lead to l SOC (t) state of charge towards its battery exhaustion or saturation limits
2. Dans de tels cas, la batterie 2 ne pouvant plus charger ou décharger, les fluctuations de la production de la source intermittente seront directement transmises au réseau électrique.2. In such cases, since battery 2 can no longer charge or discharge, fluctuations in the production of the intermittent source will be transmitted directly to the electrical network.
Afin d’éviter ces situations, la centrale de pilotage 1 est adaptée pour mettre en œuvre une régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge SOC(t) pour imposer le suivi de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie SOC_ref(t). Cette régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge SOC(t) est mise en œuvre en cas de dérive de l'état de charge de la batterie par rapport à la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie SOC_ref(t), la dérive de l'état de charge correspondant au dépassement d'une bande morte définie autour d'une valeur de référence d'état de charge SOC(t) de la batterie 2.In order to avoid these situations, the control unit 1 is adapted to implement a closed-loop servo-control regulation of the state of charge SOC (t) to impose the following of the reference path of the state of charge SOC_ref (t) battery. This closed-loop servo-control of the state of charge SOC (t) is implemented in the event of a deviation of the state of charge of the battery with respect to the reference trajectory of the state of charge of the battery. SOC_ref (t), the state of charge drift corresponding to exceeding a dead band defined around a state of charge reference value SOC (t) of battery 2.
La centrale de pilotage est adaptée pour que la puissance électrique totale fournie au réseau approche au mieux la consigne de puissance totale Prod(T) tout en évitant la dérive de l’état de charge SOC(t) de la batterie.The control unit is adapted so that the total electric power supplied to the network approaches the total power setpoint Prod (T) as closely as possible while avoiding the drift of the state of charge SOC (t) of the battery.
En effet, une déviation de l'état de charge SOC(t) de la batterie 2 par rapport à sa référence, tolérée pour des niveaux de charge moyens, devient problématique pour des niveaux proches des limites de stockage de la batterie 2, pouvant conduire à l’épuisement ou la saturation de la batterie 2. Dans les faits, une telle situation se traduit par la transmission des fluctuations de la source de production intermittente sur le réseau électrique, la batterie 2 étant alors incapable de les compenser.Indeed, a deviation of the state of charge SOC (t) of battery 2 from its reference, tolerated for average charge levels, becomes problematic for levels close to the storage limits of battery 2, which may lead to to the exhaustion or saturation of the battery 2. In practice, such a situation results in the transmission of fluctuations from the intermittent production source to the electrical network, the battery 2 then being unable to compensate for them.
C’est pourquoi la régulation par asservissement en boucle fermée de l’état de charge SOC(t) s’active en cas du dépassement par l'état de charge SOC(t) d’une bande morte définie autour d’une valeur de référence d'état de charge SOC(t) de la batterie 2. Cette valeur de référence est de préférence sa valeur moyenne, et la bande morte est définie avec hystérésis autour de cette valeur moyenne définie par :This is why regulation by closed-loop servo-control of the state of charge SOC (t) is activated if the state of charge SOC (t) exceeds a dead band defined around a value of state of charge reference SOC (t) of battery 2. This reference value is preferably its average value, and the dead band is defined with hysteresis around this average value defined by:
SOC sup + SOC infSOC sup + SOC inf
SOC_moy =--------------où SOC_sup et SOC_inf sont respectivement les limites supérieure et inférieure de l’état de charge SOC(t).SOC_moy = -------------- where SOC_sup and SOC_inf are respectively the upper and lower limits of the state of charge SOC (t).
De préférence, les limites supérieur et inférieure de l'état de charge sont mises à jour en fonction d'un historique de l'état de charge SOC(t), afin de prendre en compte les variations des limites physiques de stockage de la batterie 2.Preferably, the upper and lower limits of the state of charge are updated based on a history of the state of charge SOC (t), in order to take into account the variations in the physical limits of storage of the battery. 2.
Cette régulation par asservissement en boucle fermée se charge de réguler l'état de charge SOC(t) pour suivre la trajectoire de référence SOC_ref(T) en corrigeant dynamiquement la commande de puissance instantanée Pbatt(t) à charger ou à décharger par la batterie 2. Pour un état de charge bas (respectivement haut), les écarts positifs (respectivement négatifs) entre l'état de charge SOC(t) mesuré et sa trajectoire de référence SOC_ref(T) sont tolérés, et seuls les écarts négatifs (respectivement positifs) sont compensés. Les épuisements et les saturations sont alors évités en forçant le suivi de la trajectoire de référence de l’état de charge SOC_ref(t) déterminée au moyen de la modélisation de la batterie 5 et les consignes envoyées par les optimiseurs.This closed-loop servo-control is responsible for regulating the state of charge SOC (t) to follow the reference path SOC_ref (T) by dynamically correcting the instantaneous power command Pbatt (t) to be charged or discharged by the battery. 2. For a low state of charge (respectively high), the positive (respectively negative) deviations between the measured state of charge SOC (t) and its reference trajectory SOC_ref (T) are tolerated, and only the negative deviations (respectively positive) are compensated. Depletion and saturation are then avoided by forcing the monitoring of the reference trajectory of the state of charge SOC_ref (t) determined by means of the modeling of battery 5 and the instructions sent by the optimizers.
Ceci est réalisé par l’intermédiaire d’une réponse transitoire de la batterie 2 dont le comportement dynamique (temps de réponse, dépassement, écart en régime permanent, etc.) est maîtrisé par les paramètres de configuration ajustables. Cette régulation temps-réel fonctionne à un pas d’échantillonnage de l’ordre de la seconde (entre 1 et 10 secondes), fixé en fonction de la fréquence d’acquisition et de traitement des mesures.This is achieved through a transient response of battery 2 whose dynamic behavior (response time, overshoot, steady-state deviation, etc.) is controlled by adjustable configuration parameters. This real-time regulation operates at a sampling rate of the order of a second (between 1 and 10 seconds), set according to the frequency of acquisition and processing of measurements.
En contraste, la consigne de puissance totale Prod(T) et la consigne optimisée de puissance de batterie Pbatt(T) ont un pas d'échantillonnage beaucoup plus long, au moins d'un facteur dix ou cent. Typiquement, ce pas d'échantillonnage est d'au moins 30 minutes. En effet, ces consignes résultent de mécanismes d'optimisation journalier et infra-journalier, mais ne sont pas instantanés. On note ainsi avec T les instants correspondants à des paliers d'échantillonnage au moins infra-journalier, et t les instants correspondants à des paliers d'échantillonnage instantanés, de l'ordre de 1 à 10 secondes.In contrast, the total power setpoint Prod (T) and the optimized battery power setpoint Pbatt (T) have a much longer sampling step, at least by a factor of ten or a hundred. Typically, this sampling step is at least 30 minutes. Indeed, these instructions result from daily and intraday optimization mechanisms, but are not instantaneous. We thus denote with T the instants corresponding to at least intraday sampling stages, and t the instants corresponding to instantaneous sampling stages, of the order of 1 to 10 seconds.
Ainsi, la consigne de puissance totale Prod(T) suit une trajectoire, et le pas de la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge est inférieur d'au moins un facteur cent par rapport au pas de la trajectoire suivie par la consigne de puissance totale Prod (T).Thus, the total power setpoint Prod (T) follows a trajectory, and the step of the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge is at least a factor of one hundred less than the step of the trajectory followed by the total power setpoint Prod (T).
La figure 2 illustre un mode de réalisation possible de la régulation mise en œuvre dans le module de maintien de charge 4. Une mesure instantanée de l'état de charge SOC(t) de la batterie 2 est acquis ou fourni au module de maintien de charge 4.FIG. 2 illustrates a possible embodiment of the regulation implemented in the charge maintenance module 4. An instantaneous measurement of the state of charge SOC (t) of the battery 2 is acquired or supplied to the maintenance module. load 4.
L'état de charge SOC(t) est comparé à la trajectoire de référence d’état de charge SOC_ref(t) selon:The state of charge SOC (t) is compared to the reference path of the state of charge SOC_ref (t) according to:
ε = SOC_ref(t)- SOC(t)ε = SOC_ref (t) - SOC (t)
L'écart ε qui en résulte n'est pris en compte pour qu'en fonction du niveau de l'état de charge SOC(t) par rapport à un niveau moyen encadré par une bande morte.The resulting deviation ε is only taken into account as a function of the level of the state of charge SOC (t) with respect to an average level framed by a dead band.
La centrale de pilotage 1 met ainsi en œuvre un traitement différent pour un suivi de trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie SOC_ref(t) qui éloigne l'état de charge SOC(t) des limites de la batterie 2, et pour un suivi de trajectoire de référence de l’état de charge de la batterie SOC_ref(t) qui rapproche l'état de charge SOC(t) des limites de la batterie 2. Dans le premier cas, la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge SOC(t) est mise en œuvre, tandis que dans le second cas, la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge n'est pas mise en œuvre.The control unit 1 thus implements different processing for tracking the reference trajectory of the state of charge of the battery SOC_ref (t) which moves the state of charge SOC (t) away from the limits of the battery 2, and for following the reference trajectory of the state of charge of the battery SOC_ref (t) which brings the state of charge SOC (t) closer to the limits of the battery 2. In the first case, regulation by loop control closed-loop control of the state of charge SOC (t) is implemented, while in the second case, closed-loop servo control of the state of charge is not implemented.
Dans le mode de réalisation illustré, l'écart ε entre la trajectoire de référence d'état de charge SOÇ_ref(t) et l'état de charge SOC(t) est fourni à deux dispositifs à seuil 6, 7, qui ne transmettent que les écarts ε négatifs ou positifs, respectivement. Ces deux dispositifs à seuil 6, 7 constituent des moyens de limitation de la régulation par asservissement en boucle fermée de l'état de charge SOC(t) aux seuls suivis de la trajectoire de référence de l'état de charge de la batterie SOC_ref(t) qui éloignent l'état de charge SOC(t) des limites de la batterie.In the illustrated embodiment, the difference ε between the state of charge reference trajectory SOÇ_ref (t) and the state of charge SOC (t) is supplied to two threshold devices 6, 7, which only transmit negative or positive deviations ε, respectively. These two threshold devices 6, 7 constitute means of limiting the regulation by closed-loop servo-control of the state of charge SOC (t) to only the monitoring of the reference path of the state of charge of the battery SOC_ref ( t) which move the state of charge SOC (t) away from the limits of the battery.
Un commutateur 8 effectue la commutation entre les dispositifs à seuil 6, 7 et un état déconnecté, en fonction de l'état de charge SOC(t), pour transmettre, soit les écarts positifs en cas de connexion avec le dispositif à seuil 6, soit les écarts négatifs en cas de connexion avec le dispositif à seuil 7, soit rien, au correcteur Proportionnel-Intégral 9.A switch 8 performs the switching between the threshold devices 6, 7 and a disconnected state, depending on the state of charge SOC (t), to transmit either the positive deviations in the event of connection with the threshold device 6, either the negative deviations in case of connection with the threshold device 7, or nothing, to the Proportional-Integral corrector 9.
Dans le cas où l'état de charge de la batterie SOC(t) se situe à l'intérieur d'une bande morte centrée sur une valeur moyenne de l'état de charge SOC_moy, le commutateur ne transmet aucun écart (position centrale sur la figure 2).In the case where the state of charge of the battery SOC (t) is located within a dead band centered on an average value of the state of charge SOC_moy, the switch does not transmit any deviation (central position on figure 2).
Dans le cas où l'état de charge SOC(t) de la batterie est supérieur à une limite haute correspondant au dépassement par la borne supérieure de la bande morte centrée sur la valeur moyenne de l’état de charge SOC_moy, alors le commutateur 8 établit une connexion entre le dispositif à seuil 6 et le correcteur 9. Il s'agit de la configuration illustrée par la figure 2. La batterie 2 est alors proche de sa saturation, et menace de ne plus être en mesure d'assurer son rôle de compensation, par l'impossibilité d'absorber un supplément d'énergie.In the event that the state of charge SOC (t) of the battery is greater than an upper limit corresponding to the exceeding by the upper terminal of the dead band centered on the average value of the state of charge SOC_moy, then switch 8 establishes a connection between the threshold device 6 and the corrector 9. This is the configuration illustrated in FIG. 2. The battery 2 is then close to its saturation, and threatens to no longer be able to fulfill its role compensation, by the inability to absorb additional energy.
Le dispositif à seuil 6 ne laisse passer que les écarts ε négatifs, les autres étant ramenés à zéro, le correcteur 9 n'a d’entrées non nulles que lorsque l'état de charge de la batterie SOC(t) est supérieur à la trajectoire de référence SOC_ref(t). Dans ce cas, la régulation mise en œuvre par le correcteur 9 vise à ramener l'état de charge SOC(t) vers la trajectoire de charge SOC_ref(t), qui lui est inférieur, ce qui correspond à une baisse de l'énergie stockée dans la batterie 2.The threshold device 6 allows only the negative ε deviations to pass, the others being brought to zero, the corrector 9 has non-zero inputs only when the state of charge of the battery SOC (t) is greater than the SOC_ref (t) reference path. In this case, the regulation implemented by the corrector 9 aims to bring the state of charge SOC (t) back to the charge trajectory SOC_ref (t), which is lower than it, which corresponds to a drop in energy stored in battery 2.
A l'inverse, si l'état de charge de la batterie SOC(t) est inférieur à la trajectoire de référence SOC_ref(t), l'écart ε est positif, et, en raison du dispositif à seuil 6, le correcteur reçoit une entrée nulle, de sorte qu'aucune correction n'est apportée.Conversely, if the state of charge of the battery SOC (t) is less than the reference trajectory SOC_ref (t), the difference ε is positive, and, due to the threshold device 6, the corrector receives a null entry, so no correction is made.
De la sorte, pour un état de charge trop haut de la batterie, les écarts ε positifs entre la trajectoire de charge SOC_ref(t) et l'état de charge SOC(t) sont tolérés, tandis que les écarts ε négatifs sont compensés.In this way, for an excessively high state of charge of the battery, the positive differences ε between the charge trajectory SOC_ref (t) and the state of charge SOC (t) are tolerated, while the negative ε differences are compensated for.
Lorsque le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) entraîne une demande de stockage d'énergie à la batterie 2, c'est-à-dire lorsque l'écart ε est positif, ce suivi n'est plus assuré. En revanche, lorsque le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) entraîne une diminution de l'énergie stockée dans la batterie 2, c'est-àdire lorsque l’écart est négatif, le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) permet d'éloigner l'état de charge des limites physiques de stockage, et donc de conserver la capacité de la batterie 2 à absorber les fluctuations.When the following of the reference trajectory SOC_ref (t) causes a request for energy storage to the battery 2, that is to say when the difference ε is positive, this monitoring is no longer ensured. On the other hand, when the following of the reference trajectory SOC_ref (t) leads to a decrease in the energy stored in the battery 2, that is to say when the deviation is negative, the following of the reference trajectory SOC_ref (t ) makes it possible to move the state of charge away from the physical storage limits, and therefore to conserve the capacity of battery 2 to absorb fluctuations.
De la même manière, dans le cas où l'état de charge SOC(t) de la batterie est inférieur à une limite basse correspondant au dépassement par la borne inférieure d'une bande morte centrée sur une valeur moyenne de l'état de charge SOC_moy, alors le commutateur 8 établit une connexion entre le dispositif à seuil 7 et le correcteur 9. La batterie 2 est alors fortement déchargée, et menace de ne plus être en mesure d'assurer son rôle de compensation, par manque d'énergie stockée.In the same way, in the case where the state of charge SOC (t) of the battery is less than a lower limit corresponding to the overshoot by the lower terminal of a dead band centered on an average value of the state of charge SOC_moy, then the switch 8 establishes a connection between the threshold device 7 and the corrector 9. The battery 2 is then highly discharged, and threatens to no longer be able to fulfill its role of compensation, for lack of stored energy .
Le dispositif à seuil 7 ne laisse passer que les écarts ε positifs, les autres étant ramenés à zéro, le correcteur 9 n'a d’entrées non nulles que lorsque l'état de charge de la batterie SOC(t) est inférieur à la trajectoire de référence SOC_ref(t). Dans ce cas, la régulation mise en œuvre par le correcteur 9 vise à ramener l'état de charge SOC(t) vers la trajectoire de charge SOC_ref(t), qui lui est supérieur, ce qui correspond à une hausse de l'énergie stockée dans la batterie 2.The threshold device 7 only allows the positive deviations ε to pass, the others being brought to zero, the corrector 9 has non-zero inputs only when the state of charge of the battery SOC (t) is lower than the SOC_ref (t) reference path. In this case, the regulation implemented by the corrector 9 aims to bring the state of charge SOC (t) back to the charge trajectory SOC_ref (t), which is greater than it, which corresponds to an increase in energy stored in battery 2.
A l'inverse, si l'état de charge de la batterie SOC(t) est supérieur à la trajectoire de référence SOC_ref(t), l’écart ε est négatif, et, en raison du dispositif à seuil 7, le correcteur reçoit une entrée nulle, de sorte qu'aucune correction n'est apportée. Ainsi, pour un état de charge trop bas de la batterie, les écarts ε négatifs entre la trajectoire de charge SOC_ref(t) et l'état de charge SOC(t) sont tolérés, tandis que les écarts ε positifs sont compensés.Conversely, if the state of charge of the battery SOC (t) is greater than the reference trajectory SOC_ref (t), the difference ε is negative, and, due to the threshold device 7, the corrector receives a null entry, so no correction is made. Thus, for an excessively low state of charge of the battery, the negative differences ε between the charge trajectory SOC_ref (t) and the state of charge SOC (t) are tolerated, while the positive differences ε are compensated for.
De la sorte, lorsque le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) entraîne une demande de puissance à la batterie 2, c'est-à-dire lorsque l'écart ε est négatif, ce suivi n'est plus assuré. En revanche, lorsque le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) entraîne une augmentation de l'énergie stockée dans la batterie 2, c'est-àdire lorsque l’écart est positif, le suivi de la trajectoire de référence SOC_ref(t) permet d'éloigner l'état de charge des limites physiques de stockage, et donc de conserver la capacité de la batterie 2 à absorber les fluctuations.In this way, when the following of the reference trajectory SOC_ref (t) causes a demand for power from the battery 2, that is to say when the difference ε is negative, this monitoring is no longer ensured. On the other hand, when the following of the reference trajectory SOC_ref (t) leads to an increase in the energy stored in the battery 2, that is to say when the deviation is positive, the following of the reference trajectory SOC_ref (t ) makes it possible to move the state of charge away from the physical storage limits, and therefore to conserve the capacity of battery 2 to absorb fluctuations.
Une telle approche permet d'éviter une dérive de l'état de charge SOC(t) vers les limites (basse et haute) physiques de stockage.Such an approach makes it possible to avoid a drift of the state of charge SOC (t) towards the physical storage limits (low and high).
Le correcteur 9 calcule une consigne de puissance de batterie en boucle fermée (Pbatt_BF(t)), qui est additionnée à la consigne de puissance de batterie en boucle ouverte (Pbatt_BO(t)) pour donner la commande instantanée de batterie Pbatt(t), qui est appliquée à la batterie 2 pour la commander.Corrector 9 calculates a closed loop battery power setpoint (Pbatt_BF (t)), which is added to the open loop battery power setpoint (Pbatt_BO (t)) to give the instantaneous battery command Pbatt (t) , which is applied to battery 2 to control it.
Ainsi, la centrale de pilotage commande la batterie 2 au moyen d'une commande instantanée de puissance Pbatt(t) déterminée à partir:Thus, the control unit controls the battery 2 by means of an instantaneous power control Pbatt (t) determined from:
- d'une consigne de puissance de batterie en boucle fermée Pbatt_BF(t) en sortie de la boucle de régulation, et- a closed loop battery power setpoint Pbatt_BF (t) at the output of the regulation loop, and
- d'une consigne de puissance de batterie en boucle ouverte Pbatt_BO(t) correspondant à la différence entre la consigne de production totale Prod(T) et la production instantanée Prod_f(t) de la source de production électrique intermittente.- an open loop battery power setpoint Pbatt_BO (t) corresponding to the difference between the total production setpoint Prod (T) and the instantaneous production Prod_f (t) of the intermittent electrical production source.
Le correcteur 9 utilisé pour la régulation de l’état de charge SOC(t) est un filtre Proportionnel-Intégrale (PI) qui permet d’ajuster le comportement transitoire de la réaction « anticipative ».The corrector 9 used for the regulation of the state of charge SOC (t) is a Proportional-Integral (PI) filter which makes it possible to adjust the transient behavior of the "anticipatory" reaction.
Les deux paramètres KP (gain proportionnel) et Kf (gain intégral) du correcteur 9 déterminent le temps de réponse et la bande passante du système bouclé ainsi que l’amplitude de la consigne de puissance de batterie en boucle fermée (Pbatt_BF(t)). Plus Kp et K, sont élevés et plus la réaction est accélérée en dépit d’une commande à forte amplitude. L’effet des variations de la consigne de puissance de batterie en boucle ouverte (Pbatt_BO(t) sur la consigne de puissance de batterie en boucle fermée Pbatt_BF(t), par suite sur la puissance totale fournie au réseau, est moins filtré.The two parameters K P (proportional gain) and K f (integral gain) of corrector 9 determine the response time and the bandwidth of the looped system as well as the amplitude of the closed loop battery power reference (Pbatt_BF (t )). The higher Kp and K, are the more the reaction is accelerated despite a high amplitude control. The effect of variations in the open loop battery power setpoint (Pbatt_BO (t) on the closed loop battery power setpoint Pbatt_BF (t), consequently on the total power supplied to the network, is less filtered.
En revanche et pour de faibles valeurs de KP et K,, l’effet des variations de la consigne de puissance de batterie en boucle ouverte Pbatt_BO(t) sur la consigne de puissance de batterie en boucle fermée Pbatt_BF(t) est négligeable mais le temps de réponse de la réaction est plus long. Le réglage de ces paramètres se fait en fonction de la réponse désirée, de la fréquence des variations de Pbatt_BO(t) qui sont directement liés aux fluctuations de la production de la source de production électrique intermittente et des exigences de l’exploitant de la batterie 2 en termes de sollicitations de la batterie 2 et de durée de vie.On the other hand, and for low values of K P and K ,, the effect of variations in the open-loop battery power setpoint Pbatt_BO (t) on the closed-loop battery power setpoint Pbatt_BF (t) is negligible but the response time of the reaction is longer. The adjustment of these parameters is made according to the desired response, the frequency of the variations of Pbatt_BO (t) which are directly linked to the fluctuations in the production of the intermittent power source and the requirements of the operator of the battery. 2 in terms of demands on the battery 2 and service life.
L'invention concerne également une installation de production électrique comportant une batterie 2 de stockage d’énergie destinée à être couplée à une source de production électrique intermittente pour suivre une consigne de puissance totale , ladite installation comportant une centrale de pilotage 1 selon l'invention. De préférence, l'installation comporte en outre une source de production électrique intermittente.The invention also relates to an electrical production installation comprising an energy storage battery 2 intended to be coupled to an intermittent electrical production source to monitor a total power setpoint, said installation comprising a control unit 1 according to the invention. . Preferably, the installation further comprises a source of intermittent electrical production.
L'invention concerne aussi un procédé de pilotage de la batterie de stockage conforme à la mise en œuvre de la centrale de pilotage selon l’invention.The invention also relates to a method for controlling the storage battery according to the implementation of the control unit according to the invention.
Claims (12)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1259624 | 2012-10-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| OA17376A true OA17376A (en) | 2016-09-21 |
Family
ID=
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