WO2013079576A1 - Procede de gestion de debit d'eau turbinee d'une pluralite d'usines hydroelectriques - Google Patents

Procede de gestion de debit d'eau turbinee d'une pluralite d'usines hydroelectriques Download PDF

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WO2013079576A1
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control
upstream
reach
downstream
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PCT/EP2012/073919
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Luc DEPRUGNEY
Serge Maurin
Jean-Michel LEGROS
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Electricite De France
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    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
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    • F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04—Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06—Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/14—Regulating, i.e. acting automatically by or of water level
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates generally to hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path.
  • the invention more specifically relates to a method for managing turbined water flow of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path, and a control system of these hydroelectric plants.
  • Turbine water refers to water flowing through a hydraulic turbine in a chute to produce mechanical energy that is then converted into electrical energy. Thus we can deduce the electric power generated from the flow of turbined water, and vice versa, by means of conversion charts.
  • Figure 1 is a diagram illustrating a non-limiting example of the disposition of five hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path defining between them a plurality of corresponding reaches.
  • the factories and the diversion bays are numbered in the order of their disposition along the water circulation path, from the upstream to the downstream, the direction of circulation of the water being noted by an arrow .
  • Plant 2 has plants 0 and 1 for upstream plants, and plants 3 and 4 for downstream plants.
  • B2 defined as the portion of the traffic between Plant 1 and Plant 2
  • B3 and B4 respectively.
  • Mill 2 and Mill 3 and Mill 4 Each Bi is defined by the portion of the water flow path from Mill i-1 to Mill i, and is characterized in particular by a water level.
  • Figure 2 is a diagram illustrating a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path. Conventionally, the flow control of turbined water by the plant i is broken down into the sum of two terms of order.
  • a first term is the parallel advance rate, identical for each plant and noted Qo. This term is calculated from a total electrical power setpoint P ref of all of said plurality of hydroelectric plants. This total electrical power setpoint P ref is divided by the electrical production potential of a volume unit of water passing through all the hydroelectric plants, to determine said parallel forwarding rate Qo. So :
  • a second term is usually a QASi series anticipation flow concerning the level regulation of the diversion bays, taking into account a level regulation flow Qregi of a reach Bi immediately upstream of a plant i and of which said plant constitutes the limit downstream defining said Bi.
  • This level regulation flow Qregi is usually calculated firstly by differentiating between a water level LHRi of said reach Bi and a setpoint availability of said reach Bi, and secondly by means of a regulator RGZi .
  • the QASi series anticipation flow rate is determined from Qregi level flow rates of all the diversion bays upstream of said plant i, so that the QASi series anticipation flow rate for a plant i is:
  • This control system generally allows the regulation of the levels of the Bi bays by modifying the flow of turbined water by hydroelectric plants. However, in the case where a disturbance of the flow of water causes a change in the inflow and outflow Bi bays, this control system may not be satisfactory.
  • withdrawals in particular agricultural samples, can subtract a flow of water Q p from a reach Bi, here the reach B3 between the plant 2 and the plant 3.
  • the disturbance flow rate Q p of a Bi stream may be of other origins than agricultural, and may include both water withdrawals and releases of water in said Bi Bight.
  • the level of said reach B3 decreases, and therefore the level measurement LHR 3 which is associated with it. The gap will therefore grow between the measurement of the level 3 of LHR reach B3 and the reference level of said reach THE 3 B3.
  • the RGZ 3 level regulator in response to this growing gap, will therefore produce a Qregi level control flow control which will gradually converge to the -Q p value, in order to bring the level of the B3 reach back to its set point. by decreasing the outflow of said B3 at the plant 3 level.
  • This action therefore has the effect of reducing the power produced by the plant 3, because of the decrease in the flow of water turbined by it, but also the electricity production of other downstream plants, ie also the plant. 4, due to the fact that the regulation of the B3 reach is taken into account in order to control them by means of the QASi series advance flow, which passes downstream flow decreases downstream.
  • the plant 3 and the plant 4 have a power deficit compared to the power corresponding to the parallel advance rate Qo.
  • This deficit D corresponds to the electricity production that should have been produced by the turbining of the water taken from the plant 3 and the plant 4:
  • the assembly formed by the five hydroelectric plants can no longer provide the power program imposed by the network manager, that is to say the monitoring of the desired power P re f.
  • a control system does not, in this case, both to comply with the level monitoring requirements in the Bi bays and to follow the power program.
  • Figure 3 is a diagram illustrating a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path, said system being further provided with a power regulator.
  • a third term is used to determine the flow of turbined water by hydroelectric plants.
  • This is a term of AQ power regulation, calculated by a power control device, and identical for all plants.
  • the power regulation is implemented by calculating the difference between the electrical power setpoint P ref and the sum of the electric powers Pw; individually produced by factories:
  • the power regulation consists of minimizing this difference by determining a power regulation term AQ so that the sum of the electric powers Pw; individually produced by the factories follows the power instruction P ref .
  • the difference between the power setpoint P ref and the power produced by all the factories will therefore increase, causing the power regulator to adjust the power control term AQ to compensate for this power difference by increasing the flow rate. of turbined water.
  • the power regulator can be highly stressed and thus move away from its stability zone, or see its degraded power monitoring performance.
  • the object of the invention is to overcome at least one of these defects, preferably all of them.
  • an upstream regulation flow control flow control term is determined from said level control flow control term to generate a flow control of the plants upstream of said reach.
  • the downstream regulation flow control term and the upstream upstream control flow control term are determined so that the regulating the level of said reach without affecting the total electrical power output of said plurality of hydroelectric plants;
  • a turbine water flow control of a hydroelectric plant is generated by taking into account both level control flow rate control rates upstream and downstream of said plant;
  • the downstream regulation flow rate control term corresponds to a portion of the level regulation flow control flow control term, said portion being determined by a downstream regulation factor between 0 and 1 applied to said flow control command term; level regulation, said downstream regulation factor corresponding to the share of electricity production by the upstream plants said reach relative to the total electrical output of the plurality of hydroelectric plants;
  • downstream regulation factor ⁇ is determined according to
  • ⁇ _ ⁇ fc o Vk x ⁇ k
  • ⁇ k ok x H k with the yield of the k th plant and Ht the height of fall in the k th mill, n being the number of hydroelectric plants arranged in series on the water circulation path, the said hydroelectric plants numbered in the order of their arrangement on the water flow path from upstream to downstream;
  • the upstream flow control control term corresponds to a portion of the level regulation flow control flow control term, said portion being determined by an upstream control factor of between -1 and 0 applied to said flow control term level control, said upstream control factor corresponding to the opposite of the share of electricity production by factories downstream of said reach relative to the total electricity production of the plurality of hydroelectric plants;
  • the upstream regulation factor ⁇ , - ⁇ is determined according to
  • ⁇ k ok x H k with the yield of the k th plant and Ht the drop height in the k th plant, n being the number of hydroelectric plants arranged in series on the water circulation path, the said factories being numbered in order of their arrangement on the water flow path from upstream to downstream.
  • the invention also relates, in a second aspect, to a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path defining between them a plurality of corresponding reaches, said system comprising:
  • a level sensor for determining a level of a reach, calculating devices for determining control terms from the level of said reach,
  • the system further comprising control devices for controlling the turbined water flow of said hydroelectric plants, the turbined water flow of at least one plant being controlled by means of at least one control term determined from a level of a reach upstream of said plant and a control term determined from a level of a reach downstream of said plant, and in that it is configured to implement a method according to the first aspect of the invention.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the first aspect, when said program is executed on a computer.
  • the invention has many advantages.
  • the invention is simple to design and implement insofar as it is built from gains and additions.
  • the invention also does not require the development of a new computer architecture for its implementation since the computer communication links between the factories are generally pre-existing. It is also possible to accelerate the dynamics of level controls without degradation of power monitoring.
  • the invention makes it possible to correctly and simultaneously regulate the levels of the diversion bays and the electrical power generated.
  • the invention makes it possible to monitor the power at the scale of the set of factories, the regulator confines itself to rejecting the errors of conversion charts or flow measurements.
  • the invention can then guarantee margins of stability to the power regulator: the closed loop is stabilized via a direct open loop anticipation term.
  • the invention overcomes the failure of a power regulation for all hydroelectric plants that depend on it.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the provision of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water flow path defining between them a plurality of corresponding reaches;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a control system of the state of the art of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path according to the state of the art;
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control system for a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path according to the state of the art, said system further comprising a regulator power ;
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the turbined water flow rate management method according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path, according to the second aspect of the invention
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path according to the second aspect of the invention, said system further comprising a power controller.
  • the first aspect of the invention relates to a method for managing turbined water flow of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path defining between them a plurality of corresponding reaches.
  • Figure 1 illustrates a possible configuration of hydroelectric plants arranged in series over the water in which the invention can be implemented, comprising five hydroelectric plants defining between them four reaches Bi.
  • the method is implemented for at least one of said bays, preferably for each of said bays Bi.
  • the method is preferably implemented on at least one downstream reach and one reach upstream of a hydroelectric plant. Consequently, there are thus at least three hydroelectric plants defining two reaches between them, but the invention also applies to a larger number of hydroelectric plants.
  • the method according to the invention comprises a step S1 of acquiring a measurement of a level LHRi of a reach Bi, by means of level sensors adapted to acquire a level measurement of said reach. Bi.
  • a Qregi-level regulation regulation flow rate control term of said Bi reach is determined from the measurement of the level of said Bi reach. This determination can be implemented by calculation means such as a local regulator RGZi at the factory level, as illustrated in Figures 5 and 6, or by a remote system.
  • This Qregi level regulation regulation flow control term is to regulate the level of the level Bi.
  • the regulation of the level of the diversion bays is essential insofar as it guarantees not only the water supply of the plant downstream of the reach, but also avoids floods due to overflow of the reach, and also responds to concerns of environmental preservations and water availability at the level of said reach.
  • a downstream control flow control command term Qr av i is determined from said Qregi level control flow control term to generate a flow control of the plants downstream of said Bi reach.
  • This downstream control flow control term Qr av i is then used in a step S31 to generate a turbined water flow control of the plants downstream of said reach Bi.
  • the regulation of the level Bi is taken into account for the control of turbined water flow plants downstream of said reach Bi.
  • an upstream control flow upstream control command term Qr am i is determined from the Qregi level control flow control term to generate a flow control of the plants in upstream of said Bi.
  • This upstream upstream control flow control command term Qr am i is then used in a step S41 in order to generate a turbined water flow control of the factories upstream of said Bi reach.
  • this downstream control flow control term Qr av i the regulation of the level Bi is taken into account for the control of turbined water flow of factories upstream of said reach Bi.
  • the turbined water flow rate of a plant is thus generated by taking into account both the Qregi level regulation flow control terms of the diversion bays upstream and downstream of said plant. Taking these terms into account both upstream and downstream makes it possible to improve the regulation of the levels of a Bi reach while making it possible to monitor electrical power by the plurality of hydroelectric plants.
  • said downstream control flow control rate Qr av i and said upstream control flow control rate Qr am i are determined so that the level regulation of the reach has no effect on the power of the total electrical output of said plurality of hydroelectric plants.
  • the method according to the invention makes it possible to respect jointly the essential hydraulic constraints relating to the levels of the diversion bays, and the production constraints on the monitoring of the electric power program, in particular of a power setpoint P re f .
  • Qregi level control flow rate command of a Bi reach immediately upstream of a plant i and of which said plant constitutes the downstream boundary defining said Bi reach can be calculated on the one hand by making the difference between a level water LHRi of said reach Bi and a set level THEi of said reach, and secondly by means of a regulator RGZi, for example a PID regulator or any other regulation system known to those skilled in the art.
  • a regulator RGZi for example a PID regulator or any other regulation system known to those skilled in the art.
  • the downstream control flow control command word Qr av i corresponds to a part of the level control flow control term Qregi of said reach, said portion being determined by a downstream regulation factor ⁇ , between 0 and 1 applied.
  • said Qregi level control flow control rate, said downstream regulation factor ⁇ corresponding to the share of electricity production by the factories upstream of said reach relative to the total electricity production of the plurality of hydroelectric plants.
  • the downstream regulation factor ⁇ is determined according to:
  • ⁇ _ ⁇ fc o Vk x ⁇ k
  • n being the number of hydroelectric plants arranged in series in the path of water flow, said plants being numbered in order of their arrangement on the water flow path from upstream to downstream.
  • the Qrami upstream flow control control term corresponds to a part of the Qregi level control flow control term of said reach, said portion being determined by an upstream control factor between -1 and 0 applied to said term of Qregi level control flow control, said upstream control factor corresponding to the opposite of the share of electricity production by the plants downstream of said reach relative to the total electricity production of the plurality of hydroelectric plants.
  • the upstream regulation factor ⁇ , - ⁇ is determined according to
  • n the number of hydroelectric plants arranged in series in the path of water flow, said plants being numbered in the order of their arrangement on the water flow path from upstream to downstream.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the first aspect, when said program is executed on a computer.
  • a computer program product comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the first aspect, when said program is executed on a computer.
  • the invention also relates, according to a second aspect, to a control system for a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path defining between them a plurality of corresponding reaches, said system comprising:
  • a level sensor for determining a level of a reach, calculating devices for determining control terms from the level of said reach,
  • system further comprising control devices for controlling the turbined water flow of said hydroelectric plants, the turbined water flow of at least one plant being controlled by means of at least one control term determined from a level of a reach downstream of said plant.
  • system can be configured or adapted to implement a method according to the first aspect.
  • the following description presents two non-limiting examples of such systems in configurations corresponding to the systems of the state of the art previously presented, whose notation is repeated.
  • the system according to the invention can thus comprise regulators, such as PID regulators, and calculation means for implementing the invention.
  • the system also includes means of communication between factories, both from downstream to upstream and from upstream to downstream.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control system for a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path, according to the second aspect of the invention, in the case where the system does not have a regulator power.
  • a first order term is the parallel advance rate, identical for each plant and noted Qo. This term is calculated from a total electrical power setpoint P re f of all of said plurality of hydroelectric plants. This total electrical power setpoint P re f is divided by the electrical production potential of a volume unit of water flowing through all the hydroelectric plants, in order to determine the said parallel forwarding rate Qo. So :
  • a second term is a downstream upstream series QAS AAi forward flow rate concerning the regulation of level Bi bays, determined from control flow rate control level Qregi levels of Bi bays.
  • This regulation flow control level Qregi level of a Bi reach is calculated firstly by differentiating between a water level LHRi of said reach Bi and a level reference THEi of said reach Bi, and other by means of a regulator RGZi, for example a PID regulator or any other regulation system known to those skilled in the art.
  • the system thus comprises a level sensor for determining an LHRi level of a reach, preferably a level sensor for each of the Bi reaches.
  • downstream control flow control terms Qr avk determined from Qreg level control flow control terms k of the factories are taken into account.
  • a downstream control flow control command term Qr av i is determined from said control flow rate control term.
  • Qregi level to generate a flow control of factories downstream of said Bi reach
  • an upstream control flow upstream control command term Qr am i is determined from said Qregi level control flow control term to generate a control of flow of plants upstream of said reach, according to the first aspect of the invention.
  • the turbined water flow rate of each plant thus takes into account both the downstream control flow control order terms Qr av i downstream plants, and the upstream control flow control terms Qr am i of the upstream plants .
  • Communication means are also provided between the factories, possibly via centralization, in order to transmit these terms of orders.
  • the lines of the downstream control flow control command Qr av i are schematized by solid lines and the lines of the upstream control flow control control words Qr am i are indicated by dotted lines.
  • the upstream upstream series forward feedrate QASAAi is therefore determined from Qregi level regulation flow control terms of all the diversion bays defined by the plurality of hydroelectric plants, that is to say both the factories upstream than factories downstream of said plant i, so that the upstream upstream series forwarding rate QASAA for a plant i is:
  • QASAA 3 Q av i + Qr + Qr av3 av2 + Q or
  • the flow of turbined water, and hence the electricity production is determined in particular by the sum of the parallel advance rate Qo and the forward upstream upstream series QASAAi.
  • the example of the previously discussed samples is taken again. In this case of sampling a flow B p sampling of the B3, the level of the B3 reach decreases, and therefore the level measurement LHR 3 associated with it. The gap will therefore grow between the measurement of the level 3 of LHR reach B3 and the reference level of said reach THE 3 B3.
  • the RGZ 3 level regulator in response to this growing gap, will therefore produce a Qregi level control flow control term which will gradually converge to the -Q p value, in order to bring the level of the reach back to its value. by decreasing the outflow of said B3 at the plant level 3.
  • This action therefore has the effect of reducing the power produced by the plant 3, because of the decrease in the flow of turbined water by it, but also the electrical power of the other plants downstream, ie also the factory. 4, due to the fact for the control of the latter of the regulation of the B3 through the control flow control rate downstream Qr av i that passes downstream flow rate downstream.
  • the downstream flow control command term Qr av3 generated at the level of the B3 is used to generate a flow control of the plants downstream of said B3.
  • This control term is obtained by the application at the end of the control flow rate control of level Qreg 3 of the downstream regulation factor ⁇ 3 , determined according to
  • the upstream flow control command term Qr am3 generated at the level of the B3 is used to generate a flow control of the plants upstream of said B3. This control term is obtained by the application at the end of the control of the level control flow rate Qreg 3 of the upstream control factor
  • the invention thus makes it possible to correctly regulate the levels of the diversion bays while allowing the monitoring of electrical power. For example, in the case of a sampling at a level of Bi, the factories downstream of Bi reach reduce their flow, and upstream plants increase theirs, which allows to distribute the regulatory function between the factories .
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a control system of a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path according to FIG. second aspect of the invention, said system further comprising a power regulator.
  • a third term is used to determine the flow of turbined water by hydroelectric plants.
  • This is a term of AQ power regulation, calculated by a power control device, and identical for all plants.
  • the power regulation is implemented by calculating the difference between the electric power setpoint P re f and the sum of the electric powers Pw; individually produced by factories:
  • the power regulation consists of minimizing this difference by determining a power regulation term AQ so that the sum of the electric powers Pw; individually produced by the factories follows the power instruction P re f.
  • a regulator may for example be a PID regulator or any other regulator known to those skilled in the art.
  • the invention allows the monitoring of the desired power P re f at the scale of the plurality of hydroelectric plants.
  • the power control therefore only has to reject the errors of conversion charts or flow measurements. Stability margins are then guaranteed to the power regulator: the closed loop is stabilized via a forward open loop forwarding term.
  • the invention makes it possible to ensure the electrical power tracking to the conversion chart errors and the flow measurement errors close to .
  • the invention also relates to a plurality of hydroelectric plants arranged in series on a water circulation path defining between them a plurality of corresponding reaches, at least one of the factories comprising a control system according to the second aspect.

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Abstract

L'invention concerne un système de pilotage et un procédé de gestion de débit d'eau turbinée d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants, dans lequel, pour au moins un desdits biefs, on acquiert (S1) une mesure de niveau dudit bief, on détermine (S2) un terme de commande de débit de régulation de niveau dudit bief, on détermine (S3) un terme de commande de débit de régulation aval à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau pour générer (S31) une commande de débit des usines en aval dudit bief, on détermine (S4) un terme de commande amont de débit de régulation amont à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau pour générer (S41) une commande de débit des usines en amont dudit bief.

Description

PROCEDE DE GESTION DE DEBIT D'EAU TURBINEE D'UNE PLURALITE D'USINES HYDROELECTRIQUES
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET CONTEXTE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte d'une façon générale aux usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau. L'invention concerne plus précisément un procédé de gestion de débit d'eau turbinée d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau, ainsi qu'un système de pilotage de ces usines hydroélectriques.
L'eau turbinée désigne l'eau traversant une turbine hydraulique dans une chute afin de produire une énergie mécanique qui est ensuite convertie en énergie électrique. Ainsi peut-on déduire la puissance électrique générée à partir du débit d'eau turbinée, et vice-versa, au moyen d'abaques de conversion.
La situation dans laquelle des usines hydroélectriques sont disposées en série sur un trajet de circulation d'eau est une situation courante, puisqu'elle correspond par exemple aux cas dans lesquels plusieurs ouvrages hydrauliques de production électrique sont disposés le long d'un cours d'eau, par exemple dans une vallée.
Une telle situation est schématisée par la figure 1, qui est un schéma illustrant un exemple non limitatif de la disposition de cinq usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants.
Sur ce schéma, les usines et les biefs sont numérotés dans l'ordre de leur disposition le long du trajet de circulation d'eau, depuis l'amont vers l'aval, le sens de circulation de l'eau étant noté par une flèche. Ainsi, par exemple, l'usine 2 a les usines 0 et 1 pour usines en amont, et les usines 3 et 4 pour usines en aval. De même, le bief B2 défini par la portion de circulation entre l'usine 1 et l'usine 2, a pour bief amont le bief Bl entre l'usine 0 et l'usine 1 , et a les biefs B3 et B4 définis respectivement entre l'usine 2 et l'usine 3, et entre l'usine 3 et l'usine 4 Chaque bief Bi est défini par la portion du trajet de circulation d'eau entre l'usine i-1 et l'usine i, et est notamment caractérisé par un niveau d'eau.
Ces usines sont disposées au fil de l'eau le long du trajet de circulation d'eau, typiquement un cours d'eau tel qu'une rivière, un fleuve ou un canal. Ainsi, l'eau contenue dans une retenue R en amont de la pluralité d'usines passe d'abord par une première usine 0 pour atteindre le premier bief B 1, puis passe par la deuxième usine 1 pour atteindre le second bief B2, ... jusqu'à passer par la dernière usine 4 et sortir de la pluralité de biefs, par exemple pour rejoindre un lac L ou bien encore une mer. La description qui suit sera notamment faite de manière purement illustrative et non limitative en référence à une telle configuration. En outre, pour des raisons de clarté et de concision, dans le reste de la description, il sera fait référence à l'indice i en tant que référence générale d'un indice ordinal. Ainsi, Bi désignera Bl, B2, B3 ou B4, de même que l'usine i désignera l'usine 0, l'usine 1, l'usine 2, l'usine 3 ou l'usine 4.
La figure 2 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau. Classiquement, la commande de débit d'eau turbinée par l'usine i se décompose en la somme de deux termes de commande.
Un premier terme est le débit d'anticipation parallèle, identique pour chaque usine et noté Qo. Ce terme est calculé à partir d'une consigne de puissance électrique totale Pref de l'ensemble de ladite pluralité d'usines hydroélectriques. Cette consigne de puissance électrique totale Pref est divisée par le potentiel de production électrique d'une unité volumique d'eau parcourant l'ensemble des usines hydroélectriques, afin de déterminer ledit débit d'anticipation parallèle Qo. Ainsi :
ref
Q0 =
p x g x S
avec
p la masse volumique de l'eau, en kg. m" ;
- g l'accélération de la pesanteur, en m. s" ;
- S la hauteur efficace de chute totale, en mètre, définie par la somme des hauteurs efficaces de chute pour chacune des usines :
S =∑ -0 1 i x Hi, <ivec
- n le nombre d'usines,
- r|i le rendement de l'usine i, sans unité, inférieur à 1,
- Hi la hauteur de chute dans l'usine i, en mètre.
Un second terme est habituellement un débit d'anticipation série QASi concernant la régulation de niveau des biefs, prenant en compte un débit de régulation de niveau Qregi d'un bief Bi immédiatement en amont d'une usine i et dont ladite usine constitue la limite aval définissant ledit bief Bi. Ce débit de régulation de niveau Qregi est habituellement calculé d'une part en faisant la différence entre un niveau d'eau LHRi dudit bief Bi et une consigne de niveau ΤΗ¾ dudit bief Bi, et d'autre part au moyen d'un régulateur RGZi.
Le débit d'anticipation série QASi est déterminé à partir de débits de régulation de niveau Qregi de l'ensemble des biefs en amont de ladite usine i, de sorte que le débit d'anticipation série QASi pour une usine i soit:
QASi =∑fe=o Qregk avec QAS0 = 0 et Qreg0 = 0.
Ce débit d'anticipation série est essentiel dans la mesure où il s'agit de répercuter aux usines en aval d'une usine les variations de débit de ladite usine dans le cadre de la régulation du bief immédiatement en amont de ladite usine, avant que les niveaux des biefs en aval ne soient trop affectés par cette variation de débit. Ainsi, pour chaque usine, le débit d'eau turbinée, et partant, la production électrique, est déterminé notamment par la somme du débit d'anticipation parallèle Qo et du débit d'anticipation série QASi. On notera que l'usine 0 de tête, située la première en amont, ne présente pas de bief en amont, de sorte que Qrego = 0 et que QASo = 0.
Ce système de pilotage permet généralement la régulation des niveaux des biefs Bi par la modification des débits d'eau turbinée par les usines hydroélectriques. Cependant, dans le cas où une perturbation de l'écoulement d'eau engendre une modification des débits entrants et sortants des biefs Bi, ce système de pilotage peut ne pas se montrer satisfaisant.
A titre d'exemple purement illustratif, ainsi qu'indiqué à la figure 2, des prélèvements, notamment agricoles, peuvent soustraire un débit d'eau Qp d'un bief Bi, ici le bief B3 entre l'usine 2 et l'usine 3. Le débit de perturbation Qp d'un bief Bi peut avoir d'autres origines qu'agricoles, et peut notamment consister aussi bien en des prélèvements d'eau qu'en des relâchements d'eau dans ledit bief Bi. Dans ce cas de prélèvement d'un débit Qp de prélèvement dans le bief B3, le niveau dudit bief B3 diminue, et donc la mesure de niveau LHR3 qui lui est associée également. L'écart va donc grandir entre la mesure du niveau LHR3 du bief B3 et la consigne de niveau THE3 dudit bief B3. Le régulateur de niveau RGZ3, en réaction à cet écart grandissant, va donc produire une commande de débit de régulation de niveau Qregi qui va progressivement converger vers la valeur -Qp, afin de ramener le niveau du bief B3 à sa valeur de consigne en diminuant le débit sortant dudit bief B3 au niveau de l'usine 3.
Cette action a donc pour conséquence de faire baisser la puissance produite par l'usine 3, en raison de la diminution du débit d'eau turbinée par celle-ci, mais également la production électrique des autres usines en aval, i.e. également l'usine 4, en raison de la prise en compte pour la commande de celles-ci de la régulation du bief B3 par le biais du débit d'anticipation série QASi qui répercute en aval les baisses de débit en amont. Cependant, l'usine 0, l'usine 1 et l'usine 2 ne sont pas affectées par ce prélèvement et produisent chacune la puissance correspondant au débit d'anticipation parallèle Qo, ne présentant ainsi aucun excédent de puissance E, de sorte que E=0.
L'usine 3 et l'usine 4 présentent un déficit de puissance par rapport à la puissance correspondant au débit d'anticipation parallèle Qo. Ce déficit D correspond à la production électrique qui aurait dû être produite par le turbinage de l'eau prélevée dans l'usine 3 et l'usine 4:
D= - ( r|3 xpxgxH3 + r|4xpxgxH4)xQp.
Ainsi, aucun excédent de puissance ne vient compenser le déficit de puissance aux usines 3 et 4 :
E+D = - ( n3xpxgxH3 + r|4xpxgxH4)xQp.
L'ensemble constitué par les cinq usines hydroélectriques ne peut alors plus assurer le programme de puissance imposé par le gestionnaire de réseau, c'est-à- dire le suivi de la puissance de consigne Pref. Ainsi, un tel système de pilotage ne permet pas, dans ce cas, à la fois de respecter les contraintes de suivi de niveau dans les biefs Bi et de suivre le programme de puissance électrique.
La figure 3 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau, ledit système étant muni en outre d'un régulateur de puissance.
Dans ce cas, un troisième terme est utilisé pour déterminer le débit d'eau turbinée par les usines hydroélectriques. Il s'agit d'un terme de régulation de puissance AQ, calculé par un dispositif de régulation de puissance, et identique pour toutes les usines. La régulation de puissance est mise en œuvre en calculant l'écart entre la consigne de puissance électrique Pref et la somme des puissances électriques Pw; individuellement produites par les usines :
Pwi = i x P x g x Hi x Qth
avec Qti le débit d'eau turbinée par l'usine i. La régulation de puissance consiste à minimiser cet écart en déterminant un terme de régulation de puissance AQ de sorte que la somme des puissances électriques Pw; individuellement produites par les usines suive la consigne de puissance Pref.
Dans ce cas d'un débit Qp, de manière similaire à ce qui a été présenté dans le cas précédent, l'usine 3 et l'usine 4 présentent un déficit de puissance D tel que :
D= - ( r|3 xpxgxH3 + r|4xpxgxH4)xQp.
L'écart entre la consigne de puissance Pref et la puissance produite par l'ensemble des usines va donc augmenter, amenant le régulateur de puissance à ajuster le terme de régulation de puissance AQ pour compenser cet écart de puissance par l'augmentation du débit d'eau turbinée.
Puisque le terme de régulation de puissance AQ est appliqué identiquement sur l'ensemble des usines hydroélectriques, du fait de la nécessaire notion d'équi- volume pour des usines enchaînées au fil de l'eau, les niveaux dans les biefs n'en seront pas affectés.
Cependant, dans le cas d'un fort débit de prélèvement Qp, le régulateur de puissance peut se trouver fortement sollicité et ainsi s'éloigner de sa zone de stabilité, ou voir ses performances de suivi de puissance dégradées.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de pallier au moins un de ces défauts, préférentiellement tous. A cet effet, on propose selon un premier aspect de l'invention un Procédé de gestion de débit d'eau turbinée d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants, dans lequel, pour au moins un desdits biefs,
- on acquiert une mesure de niveau dudit bief,
- on détermine un terme de commande de débit de régulation de niveau dudit bief,
- on détermine un terme de commande de débit de régulation aval à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau pour générer une commande de débit des usines en aval dudit bief,
- on détermine un terme de commande amont de débit de régulation amont à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau pour générer une commande de débit des usines en amont dudit bief.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible: - le terme de commande de débit de régulation aval et le terme de commande de débit de régulation amont usine sont déterminés de sorte que la régulation de niveau dudit bief soit sans incidence sur la puissance de production électrique totale de ladite pluralité d'usines hydroélectriques;
- une commande de débit d'eau turbinée d'une usine hydroélectriques est générée en prenant en compte à la fois des termes de commande de débit de régulation de niveau de biefs en amont et en en aval de ladite usine;
- le terme de commande de débit de régulation aval Qravi et l'opposé du terme de commande de débit de régulation amont Qrami sont complémentaires par rapport au terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi dudit bief, de sorte que Qravi - Qrami= Qreg;;
- le terme de commande de débit de régulation aval correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation aval compris entre 0 et 1 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau, ledit facteur de régulation aval correspondant à la part de la production électrique par les usines en amont dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques;
- plus précisément, le facteur de régulation aval λ, est déterminé selon
^ _∑fc=o Vk x ^k
∑k=o k x Hk avec le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines hydroélectriques étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval;
- le terme de commande de régulation de débit amont correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation amont compris entre -1 et 0 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau, ledit facteur de régulation amont correspondant à l'opposé de la part de la production électrique par les usines en aval dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques;
- plus précisément, le facteur de régulation amont λ,-Ι est déterminé selon
χ _ 1 — ∑k=i Vk x Hk
∑k=o k x Hk avec le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval.
L'invention concerne également, selon un deuxième aspect, un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants, ledit système comportant:
- un capteur de niveau pour déterminer un niveau d'un bief, - des dispositifs de calcul pour déterminer des termes de commande à partir du niveau dudit bief,
le système comportant en outre des dispositifs de commande pour commander le débit d'eau turbinée desdites usines hydroélectriques, le débit d'eau turbinée d'au moins une usine étant commandée au moyen d'au moins un terme de commande déterminé à partir d'un niveau d'un bief en amont de ladite usine et d'un terme de commande déterminé à partir d'un niveau d'un bief en aval de ladite usine, et en ce qu'il est configuré pour mettre en œuvre un procédé selon le premier aspect de l'invention.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon le premier aspect, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L'invention présente de nombreux avantages. L'invention est simple à concevoir et à mettre en œuvre dans la mesure où celle-ci est construite à partir de gains et d'additions. L'invention ne nécessite pas non plus le développement d'une nouvelle architecture informatique pour sa mise en œuvre puisque les liens informatiques de communication entre les usines sont généralement préexistants. Il est en outre possible d'accélérer la dynamique de régulations de niveau sans dégradation du suivi de puissance.
Dans le cas où un ensemble d'usines hydroélectriques est dépourvu de régulation de puissance, l'invention permet de réguler correctement et simultanément les niveaux des biefs et la puissance électrique générée.
Dans le cas où un ensemble d'usines hydroélectriques est doté d'une régulation de puissance, l'invention permet de faire le suivi de puissance à l'échelle de l'ensemble d'usines, le régulateur se cantonnant à rejeter les erreurs d'abaques de conversion ou de mesures de débit. L'invention peut alors garantir des marges de stabilité au régulateur de puissance : la boucle fermée est stabilisée via un terme direct d'anticipation en boucle ouverte. En outre, l'invention permet de pallier la défaillance d'une régulation de puissance pour l'ensemble des usines hydroélectriques qui en dépendrait.
PRESENTATION DES 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 parmi lesquels:
- la figure 1, déjà commentée, est un schéma illustrant la disposition d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants ;
- la figure 2, déjà commentée, est un schéma illustrant un système de pilotage de l'état de la technique d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau selon l'état de la technique;
- la figure 3, déjà commentée, est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau selon l'état de la technique, ledit système comportant en outre un régulateur de puissance ;
- la figure 4 est un schéma illustrant le procédé de gestion de débit d'eau turbinée selon le premier aspect de l'invention ;
- la figure 5 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau, selon le deuxième aspect de l'invention;
- la figure 6 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau selon le deuxième aspect de l'invention, ledit système comportant en outre un régulateur de puissance.
DESCRIPTION DETAILLEE Le premier aspect de l'invention porte sur un procédé de gestion de débit d'eau turbinée d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants.
La figure 1 illustre une configuration possible d'usines hydroélectriques disposées en série au fil de l'eau dans laquelle l'invention peut être mise en œuvre, comprenant cinq usines hydroélectriques définissant entre elles quatre biefs Bi. Comme précédemment, la description sera faite de manière illustrative et non limitative notamment en regard de cette configuration. Le procédé est mis en œuvre pour au moins un desdits biefs, préférentiellement pour chacun desdits biefs Bi. Le procédé est de préférence mise en œuvre sur au moins un bief en aval et un bief en amont d'une usine hydroélectrique. Par conséquent, il y a ainsi au moins trois usines hydroélectriques définissant deux biefs entre elles, mais l'invention s'applique également à un nombre plus important d'usines hydroélectriques..
En référence à la figure 4, le procédé selon l'invention comporte une étape S I d'acquisition d'une mesure d'un niveau LHRi d'un bief Bi, au moyen de capteurs de niveau adaptés pour acquérir une mesure de niveau dudit bief Bi.
Ensuite, dans une étape S2, un terme de commande de débit de régulation de régulation de niveau Qregi dudit bief Bi est déterminé à partir de la mesure du niveau dudit bief Bi. Cette détermination peut être mise en œuvre par des moyens de calcul tel qu'un régulateur RGZi local au niveau des usines, ainsi qu'illustré dans les figures 5 et 6, ou par un système distant.
Ce terme de commande de débit de régulation de régulation de niveau Qregi a pour objet la régulation de niveau du bief Bi. La régulation du niveau des biefs Bi est essentielle dans la mesure où elle garantit non seulement l'approvisionnement en eau de l'usine en aval du bief, mais également évite des inondations dues au débordement du bief, et répond en outre à des préoccupations de préservations de l'environnement et de disponibilité en eau au niveau dudit bief.
Dans une étape S3, on détermine un terme de commande de débit de régulation aval Qravi à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi pour générer une commande de débit des usines en aval dudit bief Bi. Ce terme de commande de débit de régulation aval Qravi est ensuite exploité dans une étape S31 afin de générer une commande de débit d'eau turbinée des usines en aval dudit bief Bi. Ainsi, au moyen de ce terme de commande de débit de régulation aval Qravi, la régulation du niveau du bief Bi est prise en compte pour la commande de débit d'eau turbinée des usines en aval dudit bief Bi.
De préférence concomitamment à l'étape S3, durant une étape S4 on détermine un terme de commande amont de débit de régulation amont Qrami à partir du terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi pour générer une commande de débit des usines en amont dudit bief Bi. Ce terme de commande amont de débit de régulation amont Qrami est ensuite exploité dans une étape S41 afin de de générer une commande de débit d'eau turbinée des usines en amont dudit bief Bi. Ainsi, au moyen de ce terme de commande de débit de régulation aval Qravi, la régulation du niveau du bief Bi est prise en compte pour la commande de débit d'eau turbinée des usines en amont dudit bief Bi.
Le débit d'eau turbinée d'une usine est donc généré en prenant en compte à la fois les termes de commande de débit de régulation de niveau Qregi des biefs en amont et en aval de ladite usine. La prise en compte de ces termes tant en amont qu'en aval permet d'améliorer la régulation des niveaux d'un bief Bi tout en rendant possible le suivi de puissance électrique par la pluralité d'usines hydroélectriques.
A cet effet, ledit terme de commande de débit de régulation aval Qravi et ledit terme de commande de débit de régulation amont Qrami sont déterminés de sorte que la régulation de niveau du bief soit sans incidence sur la puissance de production électrique totale de ladite pluralité d'usines hydroélectrique. De la sorte, le procédé selon l'invention permet de respecter conj ointement les contraintes hydrauliques essentielles portant sur les niveaux des biefs, et les contraintes de production sur le suivi du programme de puissance électrique, notamment d'une consigne de puissance Pref.
Le terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi d'un bief Bi immédiatement en amont d'une usine i et dont ladite usine constitue la limite aval définissant ledit bief Bi peut être calculé d'une part en faisant la différence entre un niveau d'eau LHRi dudit bief Bi et une consigne de niveau THEi dudit bief, et d'autre part au moyen d'un régulateur RGZi, par exemple un régulateur PID ou tout autre système de régulation connu de l'homme du métier.
Ainsi, le terme de commande de débit de régulation aval Qravi correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation aval λ, compris entre 0 et 1 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi, ledit facteur de régulation aval λ, correspondant à la part de la production électrique par les usines en amont dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques.
Le facteur de régulation aval λ; est déterminé selon :
^ _∑fc=o Vk x ^k
∑fc=o k x Hk
avec le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval.
De préférence, le terme de commande de débit de régulation aval Qravi et l'opposé du terme de commande de débit de régulation amont Qrami sont complémentaires par rapport au terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi dudit bief, de sorte que Qravi- Qrami= Qregi.
Ainsi, le terme de commande de régulation de débit amont Qrami correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation amont compris entre -1 et 0 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi, ledit facteur de régulation amont correspondant à l'opposé de la part de la production électrique par les usines en aval dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques.
Le facteur de régulation amont λ,-Ι est déterminé selon
k
i - 1 = -
∑fe=0 Vk x k
avec r\k le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon le premier aspect, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Ainsi, l'acquisition d'une mesure de niveau d'un bi ef et l es différentes déterminations de terme de commande peuvent être mises en œuvre au moyen d'au moins un ordinateur sur lequel est exécuté ledit programme.
L'invention concerne également selon un deuxième aspect un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants, ledit système comportant:
- un capteur de niveau pour déterminer un niveau d'un bief, - des dispositifs de calcul pour déterminer des termes de commande à partir du niveau dudit bief,
le système comportant en outre des dispositifs de commande pour commander le débit d'eau turbinée desdites usines hydroélectriques, le débit d'eau turbinée d'au moins une usine étant commandé au moyen d'au moins un terme de commande déterminé à partir d'un niveau d'un bief en aval de ladite usine.
Plus précisément, le système peut être configuré ou adapté pour mettre en œuvre un procédé selon le premier aspect. La description qui suit présente deux exemples non limitatifs de tels systèmes dans des configurations correspondant aux systèmes de l'état de la technique précédemment présentés, dont la notation est reprise.
Le système selon l'invention peut ainsi comporter des régulateurs, tels que des régulateurs PID, et des moyens de calcul pour mettre en œuvre l'invention. Le système comporte également des moyens de communication entre les usines, tant depuis l'aval vers l'amont que depuis l'amont vers l'aval.
La figure 5 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau, selon le deuxième aspect de l'invention, dans le cas où le système est dépourvu de régulateur de puissance.
La commande de débit d'eau turbinée par l'usine i se décompose en la somme de deux termes de commande. Un premier terme de commande est le débit d'anticipation parallèle, identique pour chaque usine et noté Qo. Ce terme est calculé à partir d'une consigne de puissance électrique totale Pref de l'ensemble de ladite pluralité d'usines hydroélectriques. Cette consigne de puissance électrique totale Pref est divisée par le potentiel de production électrique d'une unité volumique d'eau parcourant l'ensemble des usines hydroélectriques, afin de déterminer ledit débit d'anticipation parallèle Qo. Ainsi :
Figure imgf000018_0001
- p la masse volumique de l'eau, en kg. m"3;
- g l'accélération de la pesanteur, en m. s"2;
- S la hauteur efficace de chute totale, en mètre, définie par la somme des hauteurs efficaces de chute pour chacune des usines :
S =∑ -0 1 i x Hi, <ivec
- r|i le rendement de l'usine i, sans unité, inférieur à 1,
- Hi la hauteur de chute dans l'usine i, en mètre.
Un second terme est un débit d'anticipation série amont aval QAS AAi concernant la régulation de niveau des biefs Bi, déterminé à partir de termes de commande de débit de régulation de niveau Qregi de biefs Bi. Ce terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi d'un bief Bi est calculé d'une part en faisant la différence entre un niveau d'eau LHRi dudit bief Bi et une consigne de niveau THEi dudit bief Bi, et d'autre part au moyen d'un régulateur RGZi, par exemple un régulateur PID ou tout autre système de régulation connu de l'homme du métier.
Le système comporte ainsi un capteur de niveau pour déterminer un niveau LHRi d'un bief, préférentiellement un capteur de niveau pour chacun des biefs Bi.
Afin de déterminer le débit d'anticipation série amont aval QASAA d'une usine i, on prend en compte des termes de commande de débit de régulation aval Qravk déterminés à partir de termes de commande de débit de régulation de niveau Qregk des usines situées en amont de ladite usine i, ainsi que des termes de commande de débit de régulation amont Qramk déterminés à partir de termes de commande de débit de régulation de niveau Qregk des usines situées en aval de ladite usine i.
Pour ce faire, après avoir déterminé un terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi du bief Bi, on détermine un terme de commande de débit de régulation aval Qravi à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi pour générer une commande de débit des usines en aval dudit bief Bi, et on détermine un terme de commande amont de débit de régulation amont Qrami à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi pour générer une commande de débit des usines en amont dudit bief, conformément au premier aspect de l'invention.
Le débit d'eau turbinée de chaque usine prend donc en compte à la fois les termes de commande de débit de régulation aval Qravi des usines en aval, et les termes de commande de débit de régulation amont Qrami des usines en amont. Des moyens de communications sont également prévus entre les usines, éventuellement via une centralisation, afin de transmettre ces termes de commandes. Sur les figures 5 et 6, on a schématisé par des traits pleins la communication des termes de commande de débit de régulation aval Qravi et par des traits en pointillés la communication des termes de commande de débit de régulation amont Qrami.
Le débit d'anticipation série amont aval QASAAi est donc déterminé à partir de termes de commande de débit de régulation de niveau Qregi de l'ensemble des biefs définis par la pluralité d'usines hydroélectriques, c'est-à-dire tant les usines en amont que des usines en aval de ladite usine i, de sorte que le débit d'anticipation série amont aval QASAA pour une usine i soit:
Figure imgf000019_0001
équivalent à:
Figure imgf000019_0002
avec Qrego=Qregn=0 et λο= λ„=0.
Par exemple, QASAA3 = Qravi+ Qrav2+ Qrav3+ Q , soit
Figure imgf000019_0003
2xQreg2+ 3xQreg3+( 4-l)xQreg4. Ainsi, pour chaque usine, le débit d'eau turbinée, et partant, la production électrique, est déterminé notamment par la somme du débit d'anticipation parallèle Qo et du débit d'anticipation série amont aval QASAAi. Pour illustrer les avantages de l'invention, l'exemple des prélèvements précédemment exposé est repris. Dans ce cas de prélèvement d'un débit Qp de prélèvement du bief B3, le niveau du bief B3 diminue, et donc la mesure de niveau LHR3 qui lui est associée également. L'écart va donc grandir entre la mesure du niveau LHR3 du bief B3 et la consigne de niveau THE3 dudit bief B3. Le régulateur de niveau RGZ3, en réaction à cet écart grandissant, va donc produire un terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi qui va progressivement converger vers la valeur -Qp, afin de ramener le niveau du bief à sa valeur de consigne en diminuant le débit sortant dudit bief B3 au niveau de l'usine 3.
Cette action a donc pour conséquence de faire baisser la puissance produite par l'usine 3, en raison de la diminution du débit d'eau turbinée par celle-ci, mais également la puissance électrique des autres usines en aval, i.e. également l'usine 4, en raison de la prise en compte pour la commande de celles-ci de la régulation du bief B3 par le biais du terme de commande de débit de régulation aval Qravi qui répercute en aval les baisses de débit en amont.
Le terme de commande de régulation de débit aval Qrav3 généré au niveau du bief B3 est utilisé pour générer une commande de débit des usines en aval dudit bief B3. Ce terme de commande est obtenu par l'application au terme de commande de débit de régulation de niveau Qreg3 du facteur de régulation aval λ3, déterminé selon
Figure imgf000020_0001
3 ~ η0 X H0 + X H! + η2 X H2 + η3 X H3 + η4 X H4 de sorte que Qrav3= λ3 χ Qreg3. L'usine 3 et l'usine 4 présentent alors un déficit de puissance par rapport à la puissance de consigne Pref correspondant au débit d'anticipation parallèle Qo. Ce déficit D correspond à la production électrique qui aurait dû être produite par le turbinage de l'eau prélevée dans l'usine 3 et l'usine 4:
D= - λ3 χ( 3xpxgxH3 + r|4xpxgxH4)xQp.
Le terme de commande de régulation de débit amont Qram3 généré au niveau du bief B3 est utilisé pour générer une commande de débit des usines en amont dudit bief B3. Ce terme de commande est obtenu par l'application au terme de commande de débit de régulation de niveau Qreg3 du facteur de régulation amont
1- λ3, déterminé selon
_ 1 = η3 Χ Η3 + η4 Χ H4
3 η0 X H0 + X H! + η2 X H2 + η3 X H3 + η4 X H4
Ainsi, Qram3 = (1- λ3) Qp, de sorte que les usines en amont, c'est-à-dire l'usine 0, l'usine 1 et l'usine 2, présentent chacune un excédent de puissance dont la somme représente un excédent de puissance électrique E de :
E=(l- λ3)χζ)ρχ( r|0xpxgxHo + r|i xpxgxHi+ η2 χρχ§χΗ2).
De la sorte, l'excédent de puissance E des usines en amont compense le déficit de puissance D des usines en aval :
E+D = 0.
L'invention permet ainsi de réguler correctement les niveaux des biefs tout en autorisant le suivi de puissance électrique. Par exemple, dans le cas d'un prélèvement au niveau d'un bief Bi, les usines en aval dudit bief Bi diminuent leur débit, et les usines en amont augmentent le leur, ce qui permet de répartir la fonction de régulation entre les usines.
La figure 6 est un schéma illustrant un système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau selon le deuxième aspect de l'invention, ledit système comportant en outre un régulateur de puissance.
Dans ce cas, un troisième terme est utilisé pour déterminer le débit d'eau turbinée par les usines hydroélectriques. Il s'agit d'un terme de régulation de puissance AQ, calculé par un dispositif de régulation de puissance, et identique pour toutes les usines. La régulation de puissance est mise en œuvre en calculant l'écart entre la consigne de puissance électrique Pref et la somme des puissances électriques Pw; individuellement produites par les usines :
Pwi = i x P x g x Hi x Qth
avec Qti le débit d'eau turbinée par l'usine i. La régulation de puissance consiste à minimiser cet écart en déterminant un terme de régulation de puissance AQ de sorte que la somme des puissances électriques Pw; individuellement produites par les usines suive la consigne de puissance Pref. Un tel régulateur peut par exemple être un régulateur PID ou tout autre régulateur connu de l'homme du métier.
Dans le cas d'un débit Qp de prélèvement, de façon similaire au cas précédent dépourvu de régulation de puissance, l'usine 3 et l'usine 4 présentent un déficit de puissance D:
D= - λ3 χ( 3xpxgxH3 + r|4xpxgxH4)xQp.
De même que précédemment, l'excédent de puissance E des usines en amont compense le déficit de puissance D des usines en aval :
E+D = 0. Ainsi, l'invention permet le suivi de la puissance de consigne Pref à l'échelle de la pluralité d'usines hydroélectriques. La régulation de puissance n'a donc plus qu'à rejeter les erreurs d'abaques de conversion ou de mesures de débit. On garantit alors des marges de stabilité au régulateur de puissance : on stabilise la boucle fermée via un terme direct d'anticipation en boucle ouverte En outre, en cas d'incapacité du régulateur de puissance, par exemple s'il est hors- service, l'invention permet d'assurer le suivi de puissance électrique aux erreurs d'abaques de conversion et aux erreurs de mesure de débit près. L'invention concerne également une pluralité d'usines hydroélectriques disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants, au moins une des usines comportant un système de pilotage selon le deuxième aspect.

Claims

Revendications
1 . Procédé de gesti on de débit d'eau turbinée d'une pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs (Bl, B2, B3, B4) correspondants, dans lequel, pour au moins un desdits biefs (Bl, B2, B3, B4),
- on acquiert une mesure de niveau (LHRi) dudit bief,
- on détermine un terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) dudit bief,
- on détermine un terme de commande de débit de régulation aval (Qravi) à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) pour générer une commande de débit des usines en aval dudit bief,
caractérisé en ce qu'on détermine un terme de commande amont de débit de régulation amont (Qrami) à partir dudit terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) pour générer une commande de débit des usines en amont dudit bief.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le terme de commande de débit de régulation aval (Qravi) et le terme de commande de débit de régulation amont (Qrami) sont déterminés de sorte que la régulation de niveau dudit bief soit sans incidence sur la puissance de production électrique totale de ladite pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une commande de débit d'eau turbinée d'une usine hydroélectriques (1, 2, 3) est générée en prenant en compte à la fois des termes de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) de biefs en amont et en aval de ladite usine.
4. Procédé selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le terme de commande de débit de régulation aval Qravi et l'opposé du terme de commande de débit de régulation amont Qrami sont complémentaires par rapport au terme de commande de débit de régulation de niveau Qregi dudit bief, de sorte que Qravi- Qrami= Qregi.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le terme de commande de débit de régulation aval (Qravi) correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation aval (λ,) compris entre 0 et 1 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi), ledit facteur de régulation aval (λ,) correspondant à la part de la production électrique par les usines en amont dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4).
6. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le facteur de régulation aval λί est déterminé selon
∑fe=o x Hk
A, =
∑fe=o k x Hk avec le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le terme de commande de régulation de débit amont (Qrami) correspond à une part du terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi) dudit bief, ladite part étant déterminée par un facteur de régulation amont compris entre -1 et 0 appliqué audit terme de commande de débit de régulation de niveau (Qregi), ledit facteur de régulation amont correspondant à l'opposé de la part de la production électrique par les usines en aval dudit bief par rapport à la production électrique totale de la pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4).
8. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le facteur de régulation amont λ,-Ι est déterminé selon
χ _ 1 — ∑k=i Vk x ^k
avec le rendement de la keme usine et Ht la hauteur de chute dans la keme usine, n étant le nombre d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) disposées en série sur le trajet de circulation d'eau, lesdites usines (0, 1 , 2, 3, 4) étant numérotées dans l'ordre de leur disposition sur le trajet de circulation d'eau depuis l'amont vers l'aval.
9. Système de pilotage d'une pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1 , 2, 3 , 4) disposées en série sur un trajet de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs (Bl, B2, B3, B4) correspondants, ledit système comportant:
- un capteur de niveau pour déterminer un niveau (LHRi) d'un bief, - des dispositifs de calcul pour déterminer des termes de commande à partir du niveau (LHRi) dudit bief,
caractérisé en ce que le système comporte en outre des dispositifs de commande pour commander le débit d'eau turbinée desdites usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4), le débit d'eau turbinée d'au moins une usine étant commandée au moyen d'au moins un terme de commande (Qravi) déterminé à partir d'un niveau d'un bief en amont de ladite usine et d'un terme de commande (Qrami) déterminé à partir d'un niveau d'un bief en aval de ladite usine, et en ce qu'il est configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Pluralité d'usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) disposées en série sur un traj et de circulation d'eau définissant entre elles une pluralité de biefs correspondants (B l, B2, B3, B4), au moins une des usines hydroélectriques (0, 1, 2, 3, 4) comportant un système de pilotage selon la revendication 8.
11. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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