WO2019076776A1 - Procede de determination des parametres d'un modele simplifie d'un systeme de stockage de l'energie, procede de pilotage utilisant un tel modele et dispositif associe - Google Patents

Procede de determination des parametres d'un modele simplifie d'un systeme de stockage de l'energie, procede de pilotage utilisant un tel modele et dispositif associe Download PDF

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Franck AL SHAKARCHI
Franck BOURRY
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
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    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Definitions

  • each value of the table of the variation of the state of charge of the system is obtained by means of a simulation of a duration ÎESS carried out for a state of charge SOC (j) and a nominal power Pac_ sp (i) given and belonging to a first subset of the plurality of simulations, said value being equal to the value of the variation of ASOC charge state obtained in said simulation time iess.
  • each value of the table of the variation of the state of charge of the system is obtained by means of a simulation of a duration SESS performed for a state of charge SOC (j) and a nominal power Pac_ sp (i) given and belonging to a first subset of the plurality of simulations, said value being:
  • the method 100 comprises a first step 101 of implementing a plurality of simulations of the storage system SSE energy using the complex model MC, each simulation being performed for example with a time step ⁇ .
  • the state of charge SOC P supplied at the input of the complex model is the initial state of charge of the system for the first iteration then, for the following iterations, the state of charge calculated during the previous iteration .
  • the model makes it possible to calculate the apparent maximum power Smax_LUT by means of a correspondence table Smax_LUT providing the maximum apparent power Smax as a function of the phase shift angle ⁇ so that:
  • Pac fp ac _LUT (Pdc> Qao U do U ac)

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un procédé de détermination des paramètres d'un modèle simplifié d'un système de stockage de l'énergie, ledit système comprenant un dispositif de stockage de l'énergie et un dispositif de conversion, ledit système pouvant être modélisé au moyen d'un modèle complexe (MC) incluant un modèle du dispositif de stockage de l'énergie et un modèle du dispositif de conversion; ledit modèle complexe recevant en entrée une puissance de consigne Pac_sp et un état de charge SOCp, et fournissant en sortie l'état de charge SOC du dispositif de stockage ainsi que la puissance Pac en sortie du dispositif de stockage; ledit procédé comprenant une première étape de mise en œuvre d'une pluralité de simulations du système de stockage de l'énergie à l'aide du modèle complexe; une deuxième étape de calcul à partir des résultats obtenus lors de la première étape: - d'une table de la variation de l'état de charge du système en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et d'un état de charge SOC; - d'une table de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC; - d'une table de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC; Le modèle simplifié ainsi obtenu permet d'attribuer en fonction d'une puissance de consigne Pac_sp et d'un état de charge SOCp fournis en entrée, et à partir des tables déterminées lors de la deuxième étape, une puissance Pac et un état de charge du système SOC.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION DES PARAMETRES D'UN MODELE SIMPLIFIE D'UN SYSTEME DE STOCKAGE DE L'ENERGIE, PROCEDE DE PILOTAGE UTILISANT UN TEL MODELE ET DISPOSITIF ASSOCIE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de l'invention est celui de la gestion de l'énergie. La présente invention concerne un procédé de détermination des paramètres d'un modèle physique et en particulier un procédé de détermination des paramètres d'un modèle simplifié d'un système de stockage de l'énergie.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans le cadre des énergies renouvelables, il est primordial d'optimiser le stockage de l'énergie et l'utilisation de cette énergie stockée pour atténuer le caractère intermittent de certaines sources d'énergie telles que les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques. Le stockage est, de manière générale, assuré par un système de stockage de l'énergie comprenant un dispositif de stockage en charge du stockage de l'énergie proprement dit et d'un dispositif de conversion qui va assurer la charge ou la décharge du dispositif de stockage ainsi que la conversion de l'énergie stockée sous une forme adaptée à une utilisation domestique ou industrielle, par exemple en convertissant un courant continu en courant alternatif. Il est à noter qu'un système de stockage inclut souvent des auxiliaires qui peuvent être associés au dispositif de stockage ou au dispositif de conversion. Dans la suite du texte, lorsque l'on parle de système de stockage, ces systèmes auxiliaires sont considérés comme inclus dans ledit système de stockage.
Afin de piloter un tel système de stockage de manière efficace, il est primordial de prévoir le comportement de ce dernier de sorte à anticiper la charge, la décharge ainsi que la puissance que le dispositif peut fournir ou absorber. Ce pilotage s'effectue par la mise à jour de consignes de fonctionnement, ladite mise à jour étant effectuée à intervalles réguliers, en général de l'ordre de la minute voire de l'heure. Afin de déterminer les consignes adaptées au pilotage de l'installation, il est donc nécessaire de simuler le comportement du système de stockage avant rétablissement de chaque nouvelle consigne. Pour cela, un modèle représentant le dispositif de stockage et un modèle représentant le dispositif de conversion sont assemblés de sorte à constituer un modèle complexe. Afin de piloter le système de stockage de l'énergie, il peut sembler raisonnable d'effectuer une simulation avec un pas de temps du même ordre de grandeur que le pas temps de pilotage (i.e. de quelques minutes voire quelques heures), la simulation ainsi effectuée permettant de générer une consigne. Cependant, il est en général nécessaire d'adopter un pas de temps bien inférieur au pas de temps de pilotage (i.e. de l'ordre de la seconde voire de la milliseconde) afin d'obtenir une précision suffisante pour générer une consigne fiable. Ainsi, pour chaque nouvelle consigne, il est nécessaire d'effectuer une simulation gourmande en ressource de calcul et en mémoire.
Il existe donc un besoin d'un procédé de pilotage dans lequel les consignes sont générées en ayant recours à une simulation dont le pas de temps est du même ordre de grandeur que le pas de temps de pilotage lui-même, et qui nécessite ainsi une puissance de calcul moindre (ou un temps de calcul moindre pour une puissance de calcul donnée) tout en garantissant une précision suffisante. Il existe donc également un besoin d'un modèle simplifié permettant de mettre en œuvre un tel procédé de pilotage. RESUME DE L'INVENTION
L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d'obtenir un modèle simplifié dont le temps de simulation est limité. En effet, le modèle simplifié obtenu à l'aide d'un procédé selon l'invention permet d'effectuer une simulation d'un système de stockage de l'énergie avec un pas de temps du même ordre de grandeur que le pas temps de pilotage dudit système, tout en garantissant une précision des résultats simulés similaire à celle obtenue avec une simulation ayant un pas de temps beaucoup plus petit que le pas de temps du pilotage lui-même. Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination des paramètres d'un modèle simplifié d'un système de stockage de l'énergie, ledit système comprenant un dispositif de stockage de l'énergie et un dispositif de conversion, ledit système pouvant être modélisé au moyen d'un modèle complexe incluant un modèle du dispositif de stockage de l'énergie et un modèle du dispositif de conversion ; ledit modèle complexe recevant en entrée une puissance de consigne Pac sp et un état charge SOCP, et fournissant en sortie l'état de charge SOC du dispositif de stockage ainsi que la puissance Pac en sortie du dispositif de stockage ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- une première étape de mise en œuvre d'une pluralité de simulations du système de stockage de l'énergie à l'aide du modèle complexe, chaque simulation étant par exemple effectuée avec un pas de temps Δΐ ;
- une deuxième étape de calcul à partir des résultats obtenus lors de la première étape :
■ d'une table de la variation temporelle de l'état de charge du système en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et de l'état de charge SOC ;
■ d'une table de puissance maximale fournie en fonction de l'état de charge SOC ;
■ d'une table de puissance minimale fournie en fonction de l'état de charge SOC.
Le modèle simplifié obtenu permet d'attribuer en fonction d'une puissance de consigne Pac sp et d'un état de charge SOCP fournis en entrée, et à partir des tables déterminées lors de la deuxième étape, une puissance Pac et un état de charge du système SOC.
Dans la suite, par convention, la puissance Pac lors de la charge est considérée comme négative et la puissance Pac lors de la décharge est considérée comme positive. Grâce à l'invention, il n'est plus nécessaire de choisir entre un pas de temps de simulation du même ordre de grandeur que le pas de temps de pilotage (i.e. la durée séparant deux mises à jour des consignes de pilotage) conduisant à une précision insatisfaisante, et un pas de temps de simulation bien plus faible permettant d'obtenir une simulation certes précise, mais gourmande en ressources de calcul et en mémoire. En effet, le modèle simplifié obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention permet d'adopter un pas de temps de simulation du même ordre de grandeur que le pas de temps de pilotage tout en conservant une précision suffisante pour ledit pilotage.
Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant :
- égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS si la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp.
- dans le cas contraire, égale à : interp {[Pac_sp(i - l), < Pac{i,j) >}, [*≡^, *≡ »] , Pac sp(i)} avec :
■ d50 ^~1,;), la variation de charge obtenue ou calculée lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i- 1 ) ;
■ ASOC(i,j), la variation de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i) ;
■ < i>ac(ij') >> !a valeur moyenne de la puissance Pac lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_s (i) ;
■ interp{[x0, xl], [y0,yi], x] est la fonction qui détermine la valeur de y correspondant à la valeur de x par interpolation à partir des valeurs de Ainsi, il est possible d'établir la variation temporelle de l'état de charge correspondant à une simulation donnée même lorsque cette dernière n'est pas constante lors de ladite simulation. On entend par égale que la puissance Pac est égale à la puissance de consigne Pac_sp à plus ou moins 5%, voire plus ou moins 2%, de préférence plus ou moins 1 %.
De manière alternative, chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS.
Ainsi, il est possible d'établir la variation temporelle de l'état de charge correspondant à une simulation donnée même lorsque cette dernière n'est pas constante lors de ladite simulation en ayant recours à une approximation peu exigeante en ressource de calcul. En effet, les inventeurs ont mis en évidence que, de manière surprenante, cette approximation permettait d'obtenir de très bons résultats.
De manière encore alternative chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant :
- égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS si la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp.
- dans le cas contraire, égale à dsoc(™'iï ou dS0C(™>D est |a variation temporelle de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOCi(j) et la puissance de consigne Pac_s (m), Pac_s (m) étant la puissance de consigne la plus proche de la puissance de consigne Pac_sp(i) pour laquelle la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sP(m).
Ainsi, il est possible d'établir la variation temporelle de l'état de charge correspondant à une simulation donnée même lorsque cette dernière n'est pas constante lors de ladite simulation en ayant recours à une approximation peu exigeante en ressource de calcul.
Avantageusement, chaque simulation du premier sous-ensemble de simulations est effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) données et en ce que chaque état de charge SOCi(j) est séparé du précédent SOC(j-1 ) et/ou du suivant SOC(j+1 ) par un pas d'état de charge adaptatif et/ou chaque puissance de consigne Pac_sp(i) est séparée de la précédente Pac_s (i-1 ) et/ou de la suivante Pac_s (i+1 ) d'un pas de puissance de consigne adaptatif.
Ainsi, le nombre de simulations effectuées afin de constituer la table de la variation temporelle de l'état de charge est réduit.
Avantageusement, l'étape de simulation est répétée pour une pluralité de durées ÎESS. Ainsi, il est possible d'intégrer une variable temporelle au modèle simplifié.
Avantageusement, la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge maximum SOCmax, une durée égale à la durée nécessaire au déchargement complet du système de stockage tDch et une puissance de consigne Pac_s infinie positive, et le calcul de la table de puissance maximale fournie en fonction de l'état de charge SOC comporte :
- une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk au début de la période k et de la puissance moyenne <Pac>k durant la période k.
Ainsi, la pluralité de couples (SOCk, <Pac>k) vient constituer la table de puissance maximale fournie en fonction de l'état de charge SOC. On entend par une puissance de consigne Pac_sp infinie positive une puissance de consigne Pac_sp largement supérieure, en valeur absolue à la puissance que le système peut fournir. Pour rappel, par convention, une valeur positive de la puissance Pac est associée à la décharge du système de stockage.
Avantageusement, la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge minimum SOCmin, une durée égale à la durée nécessaire au chargement complet du système de stockage tch et une puissance de consigne Pac_sp infinie négative, et le calcul de la table de puissance minimale fournie en fonction de l'état de charge SOC comporte :
- une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k' ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk' au début de la période k' et de la puissance moyenne <Pac>k' durant la période k' ;
Ainsi, la pluralité de couples (SOCk', <Pac>k ) vient constituer la table de puissance minimale fournie en fonction de l'état de charge SOC. On entend par une puissance de consigne Pac_sp infinie négative une puissance de consigne Pac_s largement supérieure, en valeur absolue à la puissance que le système peut recevoir lors de la charge. Pour rappel, par convention, une valeur négative de la puissance Pac est associée à la charge du système de stockage. Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de pilotage d'un système de stockage de l'énergie calculant des consignes de fonctionnement dudit système à partir d'un modèle dudit système, ledit modèle étant obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention. Un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif de pilotage d'un système de stockage de l'énergie comprenant des moyens pour envoyer des consignes de fonctionnement au système de stockage de l'énergie, des moyens pour recevoir des données concernant le fonctionnement du système de stockage de l'énergie et des moyens pour mettre en œuvre un procédé de pilotage selon un deuxième aspect de l'invention.
Un quatrième aspect de l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre les étapes du procédé selon un premier aspect de l'invention.
Un cinquième aspect de l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif de pilotage selon un troisième aspect de l'invention à exécuter les étapes du procédé selon un deuxième aspect de l'invention. Un sixième aspect de l'invention concerne un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon un quatrième ou un cinquième aspect de l'invention.
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
- La figure 1 montre un ordinogramme d'un mode de réalisation d'un procédé selon un premier aspect de l'invention.
- La figure 2 montre une représentation schématique d'un système de stockage de l'énergie.
- La figure 3 montre un schéma de principe d'un procédé selon un premier aspect de l'invention. - Les figures 4A et 4B montrent une simulation mise en jeu dans un procédé selon un premier aspect de l'invention.
- Les figures 5A et 5B montrent une simulation mise en jeu dans un procédé selon un premier aspect de l'invention.
- Les figures 6A et 6B montrent une illustration en 3D d'une table de la variation temporelle de l'état de charge du système selon un premier aspect de l'invention.
- Les figures 7A et 7B montrent une simulation mise en jeu dans un procédé selon un premier aspect de l'invention.
- Les figures 8A et 8B montrent une simulation mise en jeu dans un procédé selon un premier aspect de l'invention.
- La figure 9 montre un graphique illustrant les performances en temps et en précision d'un modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Un premier mode de réalisation d'un procédé selon un premier aspect de l'invention illustré à la figure 1 concerne un procédé 100 de détermination des paramètres d'un modèle simplifié MS d'un système de stockage de l'énergie ESS. Le système de stockage de l'énergie ESS illustré à la figure 2 comprend un dispositif de stockage de l'énergie DSE, par exemple une batterie, et un dispositif de conversion DC et peut être modélisé au moyen d'un modèle complexe MC illustré à la figure 3 incluant un modèle du dispositif de stockage de l'énergie MCS et un modèle du dispositif de conversion MCC. Le modèle complexe MC reçoit en entrée une puissance de consigne Pac sp et un état de charge SOCP, et fournit en sortie l'état de charge SOC du dispositif de stockage ainsi que la puissance Pac en sortie du système de stockage de l'énergie. Le procédé 100 selon l'invention comprend une première étape 101 de mise en œuvre d'une pluralité de simulations du système de stockage de l'énergie SSE à l'aide du modèle complexe MC, chaque simulation étant par exemple effectuée avec un pas de temps Δΐ. Lors de ces simulations, l'état de charge SOCP fourni en entrée du modèle complexe est l'état de charge initial du système pour la première itération puis, pour les itérations suivantes, l'état de charge calculé lors de l'itération précédente.
Le procédé selon un premier aspect de l'invention comprend également une deuxième étape 102 de calcul à partir des résultats obtenus lors de la première étape 101 :
- d'une table SOCV_TC de la variation temporelle de l'état de charge du système en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et de l'état de charge
SOC ;
- d'une table PAC_MAX_TC de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC ;
- d'une table PAC MIN TC de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC.
Pour rappel, par convention, la puissance Pac lors de la charge est considérée comme négative car elle est absorbée et la puissance Pac lors de la décharge est considérée comme positive car elle est fournie à l'extérieur du système considéré. Ainsi, pour un état de charge donnée, la puissance minimale constitue la puissance minimale Pac_min (négative) que peut absorbée le système pour ledit état de charge et la puissance maximale fournie constitue la puissance maximale Pac_max (positive) que peut fournir le système pour ledit état de charge.
Le modèle simplifié obtenu permet d'attribuer en fonction d'une puissance de consigne ac sp et d'un état de charge SOCP fournis en entrée, et à partir des tables SOCV_TC, PAC_MAX_TC, PAC_MIN_TC déterminées lors de la deuxième étape 102, une puissance Pac et un état de charge du système SOC. En effet, à partir d'une puissance de consigne Pac_sp ainsi que d'un état de charge SOCp fourni en entrée du modèle, il est possible de déterminer la puissance minimale à l'aide de la table PACJVIIN TC de puissance minimale et la puissance maximale à l'aide de la table PAC_MAX_TC de puissance maximale. Si la puissance de consigne Pac_sP est située dans cet intervalle, alors la puissance délivrée par le système est égale à ladite consigne Pac_sp, sinon elle est égale à la valeur limite la plus proche de ladite consigne. Il est également possible, à partir de la puissance de consigne Pac sp une fois saturée et de l'état de charge SOCP fournis en entrée, de déterminer la variation temporelle de l'état de charge à l'aide de la table SOCV TC de la variation temporelle de l'état de charge du système de stockage de l'énergie ESS. L'état de charge SOCp fourni en entrée pourra par exemple correspondre à un état de charge d'une itération précédente lorsque le modèle simplifié est utilisé pour effectuer une simulation. Ainsi, le modèle obtenu permet de modéliser un système de stockage de l'énergie ESS de manière rapide sans pour autant remettre en cause la précision des simulations permettant de modéliser ledit système.
Dans un mode de réalisation, chaque valeur de la table SOCV TC de la variation temporelle de l'état de charge du système est obtenue à l'aide d'une simulation effectuée pour un état de charge SOC(j) choisi comme état de charge initial SOCini et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous- ensemble de la pluralité de simulations, ladite simulation étant effectuée sur une durée ÎESS. Cette simulation va permettre d'associer à chaque puissance de consigne ac sp (i) et à chaque état de charge SOC(j) une variation temporelle de l'état de charge ^ (ij') . Dans un mode de réalisation, le pas de temps At utilisé pour les simulations à l'aide du modèle complexe est choisi de sorte que 1 02At<tEss, de préférence 1 03At<tEss.
Les figures 4A-4B et 5A-5B illustrent deux simulations du premier sous ensemble de la pluralité de simulations effectuées pour deux états de charge SOC différents et pour un même temps de simulation ÎESS. Les figures 4A et 5A reproduisent la puissance Pac en sortie du système de gestion de l'énergie en fonction du temps et les figures 4B et 5B reproduisent l'état de charge SOC du système de gestion de l'énergie en fonction du temps. La simulation illustrée aux figures 4A et 4B décrit une simulation dans laquelle la puissance Pac en sortie du système de stockage de l'énergie sur toute la durée ÎESS de la simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp. On entend par égale que la puissance Pac en sortie du le système ESS est égale à la puissance de consigne Pac_sp à plus ou moins 5%, voire plus ou moins 2%, de préférence plus ou moins 1 %. Lors de cette simulation, l'état de charge SOC décroît de manière constante de sorte qu'il est aisé, à partir de cette simulation, d'extraire une valeur de la variation temporelle de l'état de charge Les figures 5A et 5B décrivent quant à elles une simulation dans laquelle la puissance Pac en sortie du système de stockage de l'énergie sur toutes la durée ÎESS de la simulation n'est pas constante, mais varie au cours de la simulation. Cette variation peut par exemple s'expliquer par le fait que le dispositif de stockage DS du système de stockage de l'énergie ESS est presque totalement chargé (ou déchargé). Lors de cette simulation, la variation temporelle de l'état de charge ^p du système de stockage ESS n'est plus constante, l'état de charge SOC ayant tendance à former un plateau sur la fin de la simulation pour les raisons qui viennent d'être évoquées. Dans ce cas de figure, il peut être plus difficile d'attribuer une valeur représentant correctement la variation temporelle de l'état de charge pp du système de stockage de l'énergie associée à la puissance de consigne Pac_sp pour un état de charge donné SOC. Afin de prendre en compte ces deux cas de figure, dans un mode de réalisation dit « avec interpolation », le procédé selon un premier aspect de l'invention prévoit que chaque valeur de la table SOCV TC de correspondance est :
- égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS si la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp (situation illustrée aux figures 2A et 2B) ;
- dans le cas contraire (situation illustrée aux figures 3A et 3B), égale à : interp { [Pac sp{i - 1), < Pac(i ) >]>
Figure imgf000014_0001
avec dSOC(i-l,j)
-, la variation temporelle de charge obtenue lors de la dt
simulation ou calculée correspondant à l'état de charge SOC(j) et à un puissance de consigne Pac_sp(i-1 ) ;
ASOC(i,j), la variation de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i) ;
< i>ac (ij') >> la valeur moyenne de la puissance Pac lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i) ;
interp{[x0, xl], [y0, yi], x] est la fonction qui détermine la valeur de y correspondant à la valeur de x par interpolation à partir des valeurs de
Autrement dit, on réalise une interpolation à l'aide des simulations précédemment effectuées. Afin de réaliser cette interpolation, il est par exemple envisageable de réaliser, à partir des simulations du premier sous-ensemble, un premier tableau dans lequel les colonnes représentent des états de charges SOC différents, les lignes représentent des puissances de consigne Pac_sp différentes et dont les cases contiennent la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation (cf. tableau 1 ) et un deuxième tableau dans lequel les colonnes représentent des états de charges SOC différents, les lignes représentent des puissances de consigne Pac_s différentes et dont les cases contiennent la variation totale de l'état de charge ASOC au cours de la simulation (cf. tableau 2). Plus particulièrement, pour chaque état de charge SOC, une simulation est effectuée pour une puissance de consigne Pac_s nulle puis les simulations suivantes sont effectuée pour des puissances de consignes Pac_s allant croissantes. Ainsi, lorsque l'on atteint une puissance Pac_s qui ne peut pas être maintenue lors de la simulation et qui nécessite donc une interpolation, la variation temporelle de l'état de charge dSOC(i-l,j)
obtenue à la simulation précédente peut être utilisée pour ladite dt
interpolation. Il est procédé de la même façon pour les valeurs négatives de la puissance de consigne Pac_s . Autrement dit, si l'on souhaite calculer la table variation temporelle de l'état de charge pour des puissances de consigne Pac_sp allant de -Ps à Ps, on effectue les simulations en commençant par une puissance de consigne Pac_sp nulle que l'on fait croître entre chaque simulation jusqu'à une valeur de puissance de consigne égale à Ps. Puis, on effectue ensuite les simulations en commençant par une puissance de consigne Pac_sp nulle que l'on fait décroître entre chaque simulation jusqu'à une valeur de puissance de consigne égale à -Ps.
Figure imgf000016_0001
Tableau 1
SOC(O) SOC(j-1 ) SOC(j) SOCO+1 ) SOC(k')
Pac sp(k) ASOC(k,0) ASOC(k,j-1 ) ASOC(kJ) ASOC(k,j+1 ) ASOC(k,k')
Pac_sp(i + 1 ) ASOC(i+1 ,0) ASOC(i+1 ,j-1 ) ASOC(i+1 j) ASOC(i+1 j+1 ) ASOC(i+1 ,k')
Pac sp(l) ASOC(i,0) ASOC(i,j-1 ) ASOC(ij) ASOC(i,j+1 ) ASOC(i,k')
Pac_sp(i"1 ) ASOC(i-1 ,0) ASOC(i-1 ,j-1 ) ASOC(i-1 j) ASOC(i-1 ,j+1 ) ASOC(i-1 ,k')
Pac sp(O) ASOC(0,0) ASOC(0,j-1 ) ASOC(Oj) ASOC(0,j+1 ) ASOC(0,k')
Tableau 2
Les figures 6A et 6B illustrent en 3D la table de la variation de l'état de charge SOCV TC du système (selon l'axe z) en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et de l'état de charge SOC. On voit clairement apparaître sur ces deux figures deux zones séparées par deux lignes noires qui correspondent aux limites imposées par la puissance minimale et la puissance maximale, ces valeurs limites variant en fonction de l'état de charge SOC comme cela sera décrit plus loin. Cette représentation permet de faire apparaître un aspect important concernant la table de la variation de l'état de charge SOCV TC du système : elle permet d'attribuer une valeur à la variation temporelle de l'état de charge pour des puissances de consigne Pac_sp supérieures (en valeur absolue) aux valeurs limites que sont la puissance maximale et la puissance minimale pour un état de charge donné. Ceci n'est rendu possible que par le recours à l'interpolation comme cela vient d'être décrit ou bien encore en utilisant deux autres variantes dites « sans interpolation » ou « avec la valeur précédente » que nous allons décrire maintenant. Il est à noter que l'objectif de cette interpolation n'est pas de renseigner la table pour des valeurs qui dans tous les cas ne seront pas utilisées car non atteignables, mais de rendre plus précis les points à la limite des zones précédemment décrites. Dans un mode de réalisation alternatif dit « sans interpolation », chaque valeur de la table SOCV TC de correspondance est égale à A50 (t,;), avec ASOC(i,j) la tESS
variation de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i). En effet, les inventeurs ont mis en évidence que, de manière surprenante, cette approximation permettait d'obtenir de très bons résultats pour un coût moindre en termes de puissance de calcul (cet aspect de l'invention sera illustré dans la suite).
Dans un mode de réalisation alternatif dit « avec la valeur précédente », chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge SOCV TC du système est égale à :
- la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS si la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp.
- dans le cas contraire, ou est la variation de charge obtenue dt dt 3 lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et la puissance de consigne Pac_sP(m), Pac_sP(m) étant la puissance de consigne la plus proche de la puissance de consigne Pac_s (i) pour laquelle la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_s (m). Ainsi, lorsque la puissance de consigne Pac_s ne peut pas être maintenue lors de la simulation, les résultats d'une simulation précédente sont utilisés afin d'attribuer une valeur à la variation temporelle de l'état de charge du système de stockage de l'énergie ESS. Cet aspect permet de limiter les calculs nécessaires à l'obtention de la table SOCV TC de la variation temporelle de l'état de charge du système avec cependant certaines limitations abordées dans la suite et illustrées à la figure 9.
Dans un mode de réalisation illustré aux figures 7 A et 7B, afin d'obtenir la table PAC_MAX_TC de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC, la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge maximum SOCmax, une durée égale à la durée nécessaire au déchargement complet du système de stockage tDch (c'est-à-dire jusqu'à que l'état de charge atteigne la valeur de l'état de charge minimum SOCmin) et une puissance de consigne Pac_sp infinie positive. On entend par une puissance de consigne Pac_sp infinie positive une puissance de consigne Pac_sp largement supérieure à la puissance que le système peut fournir. Ainsi, la puissance moyenne <Pac>k sur un intervalle donné peut être considérée comme la puissance maximale pour l'état de charge SOCk correspondant audit intervalle. De plus, le calcul de la table PAC_MAX_TC de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC comporte :
- une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk au début de la période k et de la puissance moyenne <Pac>k durant la période k.
La pluralité de couples (SOCk, <Pac>k) vient alors constituer la table PAC_MAX_TC de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC de sorte que pour chaque état de charge SOCk donné, il est possible d'attribuer une puissance maximale (égale à <Pac>k). Dans un mode de réalisation illustré aux figures 8A et 8B, afin d'obtenir la table PACJVIIN TC de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC, la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge minimale SOCmin, une durée égale à la durée nécessaire au chargement complet du système de stockage tcn (c'est-à-dire jusqu'à que l'état de charge atteigne la valeur de l'état de charge maximum SOCmax) et une puissance de consigne Pac_sp infinie négative. On entend par une puissance de consigne Pac_s infinie négative une puissance de consigne Pac_s largement supérieure à la puissance que le système peut accepter lors de la charge. Ainsi, la puissance moyenne <Pac>k sur un intervalle donné peut être considérée comme la puissance minimale pour l'état de charge SOCk' correspondant audit intervalle. De plus, le calcul de la table PACJVIIN TC de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC comporte :
- une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k' ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk au début de la période k' et de la puissance moyenne <Pac>k' durant la période k'.
La pluralité de couples (SOCk, <Pac>k) vient alors constituer la table PAC_MIN_TC de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC de sorte que pour chaque état de charge SOCk' donné, il est possible d'attribuer une puissance minimale (égale à <Pac>k ).
Dans un mode de réalisation, chaque simulation d'un premier sous-ensemble de simulations est effectué pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne ac sp (i) donnés et chaque état de charge SOC(j) est séparé du précédent SOC(j-1 ) et/ou du suivant SOC(j+1 ) par un pas d'état de charge adaptatif et/ou chaque puissance de consigne Pac_sp(i) est séparée de la précédente Pac_sp(i-1 ) et/ou de la puissance suivante Pac_sP(i+1 ) d'un pas de puissance de consigne adaptatif.
Dans un mode de réalisation, l'étape de simulation est répétée pour une pluralité de durées ÎESS. Ainsi, l'on constitue une table de correspondance par durée de simulation ÎESS, la table de correspondance utilisée par le système de pilotage étant choisie en fonction de la précision nécessaire.
La figure 9 permet de mettre en avant les avantages du modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de la présente invention. Le premier histogramme HMC correspond au temps de simulation lorsque la simulation est effectuée à l'aide d'un système complexe et avec un pas de temps Δΐ égal à 1 seconde. Le graphique comprend également cinq groupements H1 , H2, H3, H4, H5 de quatre histogrammes, chaque groupement correspondant à une simulation identique à celle effectuée avec le modèle complexe, mais effectuée à l'aide d'un modèle simplifié obtenu par un procédé selon un premier aspect de l'invention et pour un temps de simulation ÎESS donné. Autrement dit, chaque groupement correspond à une simulation effectuée avec un modèle simplifié et avec un pas de temps de simulation égal au temps de simulation ÎESS utilisé lors du procédé de détermination des paramètres dudit modèle simplifié.
Dans chaque groupement, le premier histogramme concerne le temps de simulation et les deuxième, troisième et quatrième histogrammes concernent :
- pour le deuxième histogramme, l'erreur RMSE entre la simulation utilisant le modèle complexe et une simulation utilisant un modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention dans le mode de réalisation dit « avec interpolation » ;
- pour le troisième histogramme, l'erreur RMSE entre la simulation utilisant le modèle complexe et une simulation utilisant un modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention dans le mode de réalisation dit « sans interpolation » ;
- pour le quatrième histogramme, l'erreur RMSE entre la simulation utilisant le modèle complexe et une simulation utilisant un modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention dans le mode de réalisation dit « avec la valeur précédente ».
Le groupement H1 concerne un cas où le temps ÎESS est égal à 926 secondes. Dans ce cas de figure, la précision obtenue avec les méthodes « avec interpolation » et « sans interpolation » est sensiblement identique tandis que la précision obtenue avec la méthode « avec la valeur précédente » est inférieure. De plus, le temps de simulation à l'aide d'un modèle obtenu par un procédé selon l'invention est largement inférieur au temps de simulation à l'aide d'un modèle complexe selon l'état de l'art antérieur. Le groupement H2 concerne un cas où le temps ÎESS est égal à 463 secondes. On constate que la précision des méthodes « avec interpolation » et « sans interpolation » est améliorée de manière significative alors que la précision avec la méthode « avec la valeur précédente » s'est nettement dégradée.
Les groupements H3 concernant un cas où le temps ÎESS est égal à 93 secondes, H4 concernant un cas où le temps ÎESS est égal à 47 secondes et H5 concernant un cas où le temps ÎESS est égal à 10 secondes ne font que confirmer les tendances observées dans les deux groupements précédents à savoir que l'erreur diminue lorsque le temps ÎESS diminue et que les méthodes « avec interpolation » et « sans interpolation » permettent d'obtenir des résultats similaires tandis que la méthode « avec la valeur précédente » est toujours moins performante.
Afin d'illustrer le déroulé du procédé selon un premier aspect de l'invention, nous allons dans la suite présenter un modèle complexe comprenant un modèle relatif à un dispositif de conversion ainsi qu'un modèle relatif à un dispositif de stockage. Il est important de noter que le procédé selon un premier aspect de l'invention ne dépend pas du type de modèle complexe utilisé et le modèle complexe qui va suivre est donné à titre purement illustratif. Il permettra de faire apparaître l'avantage en termes de simplification de la modélisation (et de donc du pilotage) d'un système de stockage de l'énergie que procure le modèle obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention. Dans la suite, les valeurs d'entrée sont initialisées lors de la première itération puis mises à jour lors des itérations suivantes. Les valeurs de sortie sont quant à elles calculées en fonction des valeurs d'entrée ainsi que des paramètres du modèle. Les paramètres du modèle sont, en règle générale, fournis par le constructeur du dispositif de conversion ou du dispositif de stockage, mais peuvent également être déterminés à partir de tests et de mesures expérimentales. Par ailleurs, on notera X la valeur de la grandeur X à l'itération t. De plus, la fonction liée à une table de correspondance Y sera notée fv. Il est également supposé que lorsqu'une valeur n'est pas directement disponible dans une table de correspondance, cette dernière est obtenue par interpolation, par exemple interpolation linéaire, à partir des valeurs disponibles dans ladite table de correspondance (il s'agit d'une méthode standard d'utilisation d'une table de correspondance).
L'utilisation du modèle relatif à un dispositif de conversion va maintenant être détaillée. Les entrées, paramètres et sorties relatives audit modèle seront introduits au fur et à mesure. Le modèle permet tout d'abord de calculer l'angle de déphasage φ entre la partie active Pac_sp et la partie réactive Qac_spde la puissance de consigne. La partie active Pac_sp et la partie réactive Qac_sP de la puissance de consignes sont des entrées du modèle. L'angle de déphase s'obtient simplement à l'aide de la relation suivante :
Figure imgf000023_0001
Toutefois, afin de simplifier l'exposé qui va suivre, la puissance réactive de consigne Qac_sp, est considérée nulle sur l'ensemble de la simulation et donc la valeur de l'angle de déphasage φ ne dépend pas de l'itération.
Une fois l'angle de déphase connu, le modèle permet de calculer la puissance maximale apparente Smax_LUT à l'aide d'une table de correspondance Smax_LUT fournissant la puissance maximale apparente Smax en fonction de l'angle de déphasage φ de sorte que :
Smax = fsmaxLUT (Φ)
Le modèle permet ensuite de calculer les puissances active Pac sat et réactive Qac_stat maximales que le système de conversion peut absorber. Ce calcul s'effectue à l'aide d'une fonction de saturation fonction fsat qui modélise la saturation appliquée aux consignes de puissances active et réactive. Autrement dit :
>ac_sat>
Figure imgf000023_0002
Pac_sp> Qac_sp)
Comme mentionné précédemment, la puissance réactive de consigne Qac_sp est considérée nulle sur l'ensemble de la simulation et donc, il en est de même de Qac_sat. La relation précédente peut donc être réécrite de la manière suivante :
Figure imgf000023_0003
Cette condition permet de s'assurer que même si la puissance de consigne Pac_sp est supérieure à la puissance maximale Smax pouvant être fournie par le dispositif de conversion, la puissance réellement fournie est limitée par la puissance maximale que le dispositif de conversion peut fournir. Le modèle permet ensuite de calculer la puissance continue Pdc correspondant à la puissance de consigne Pac_sp à l'aide de la table de correspondance Pac_LUT donnant la puissance alternative Pac en fonction de la puissance continue Pdc, la puissance réactive Ckc, de la tension Udc reçue en entrée et de la tension Uac ; autrement dit :
Pac = fpac_LUT (Pdc> Qao U do U ac)
Il convient ensuite d'utiliser la relation précédente afin de déterminer Pdc. Pour cela, les valeurs de Pac et Qac sont choisies de sorte que Pac = Pec sp et Qac = Ckc_sp, la tension Uac étant connue et égale à la tension nominale du système de conversion U nom fournie en entrée, et la méthode de Newton-Raphson est utilisée pour résoudre la minimisation suivante : mm(| ^ ac_sp — fpac_LUT (Pdc> Qac_sp> ^ do ^ ac) \ où P*dc est la valeur initiale prise égale à Pac_sp à partir de laquelle est effectué la minimisation, ladite minimisation permettant d'obtenir la puissance continue Pdc. Le modèle permet ensuite d'envoyer le courant de consigne de la batterie ldc_sp au modèle du dispositif de stockage après que ce dernier est été calculé à l'aide de la relation suivante :
Le modèle permet par ailleurs de calculer la puissance active Pac à l'aide de la table de correspondance Pac_LUT introduite auparavant de sorte que :
Pac = fpac_LUT ÎPdo Qao U do U ac)
Comme mentionné précédemment, la puissance réactive de consigne Qac_sp est considérée nulle sur l'ensemble de la simulation et donc, il en est de même de Qac. Il est également important de noter que la tension de sortie Uac est imposée par le système de sorte à ne pas avoir une tension fluctuante et sa valeur est donnée par la tension alternative nominale du système de conversion Unom, cette dernière étant un paramètre du modèle.
Dans ce même exemple de réalisation, on considère un modèle relatif à un dispositif de stockage prenant en entrées le courant de consigne ldc_sp (fourni par le dispositif de conversion) et la température. Ce modèle est couplé au modèle détaillé précédemment pour constituer le modèle complexe du système de stockage de l'énergie ESS. Dans la suite, on considère que la température du dispositif de stockage est fournie par un modèle externe au modèle complexe et fournie en entrée de ce dernier. De plus, l'hypothèse est faite que la température n'influe pas sur le comportement de la batterie ou que la température est maintenue par un dispositif externe. Dans ce cas la température en entrée reste constante et égale à la température initiale. Il ne s'agit cependant que d'un exemple de réalisation et il est également envisageable de coupler le modèle complexe avec un modèle thermique lorsque les hypothèses précédentes ne sont plus respectées. Le modèle permet tout d'abord de calculer la puissance perdue dans le système auxiliaire à l'aide d'une table de correspondant Pdc_aux_LUT fournissant la puissance perdue Pdc_aux dans le système auxiliaire du dispositif de stockage en fonction du courant de consigne ldc_sp reçu par le dispositif de stockage de sorte que :
^dc_aux ~ fPdc_auxLUT 0dc_s ) En considérant que les éléments du système auxiliaire (les ventilateurs par exemple) fonctionnent à leur tension optimale connue de l'utilisateur et égale à Udc_aux, le courant consommé par ledit système auxiliaire, le modèle permet d'obtenir le courant auxiliaire I de aux à l'aide de la relation suivante :
Figure imgf000025_0001
dcjiux
Une fois le courant consommé par ledit système auxiliaire ldc_aux connu, le modèle permet d'évaluer l'influence de ce dernier sur le courant de consigne ldc_sp afin d'obtenir un courant de consigne modifié Idc' à l'aide de la relation suivante : dc ldc_sp ldc_aux
Autrement dit, lorsque le dispositif de stockage est chargé avec un courant ldc_sp, le courant servant réellement à ladite charge est égal à Idc'. De la même manière, lorsque le dispositif de stockage est déchargé par un courant ldc_sp, le courant que le système de stockage peut réellement fournir est égal à Idc'.
Le modèle permet également de prendre en compte le fait que le courant Idc' est limité par un courant maximum IchMax lors de la charge du système de stockage et un courant maximum i DchMax lors de la décharge dudit système. Pour cela, le courant maximum IchMax lors de la charge est déterminé à l'aide d'une table de correspondance lchMax_LUT fournissant le courant maximum I chMax lors de la charge en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et de la température T : lchliax =
Figure imgf000026_0001
0Ht j rt)
De même, le courant maximum I DchMax lors de la décharge est obtenu à l'aide de table de correspondance l DchMax_LUT fournissant le courant maximum I DchMax lors de la décharge en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et de la température T :
'ûchMax ~ flDchMax-L T ÎSOC^ SOH^ T1)
Autrement dit, le courant Idc peut être déterminé à l'aide de la relation suivante : ax
Figure imgf000026_0002
Le modèle permet en outre de calculer la variation de l'état de charge du dispositif de stockage. Cette variation peut être obtenue à l'aide d'une table de correspondance SOCsPeed_LUT fournissant la variation temporelle de l'état de charge en fonction de de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH , du courant Idc et de la température T de sorte que :
Figure imgf000027_0001
L'état de charge initial étant connu, le modèle est en mesure de calculer les états de charges correspondant aux itérations suivantes à l'aide des relations suivantes : dSOC*
SOCt+1 = SOC1 +—■ x At
dt
où Δΐ est le pas de temps entre deux itérations successives.
Le modèle permet également de calculer l'état de santé du moyen de stockage. Cet état de santé est estimé à travers un vieillissement qui correspond à une variation d'état de santé. Ce vieillissement comporte deux composantes (qui sont négatives) :
- le vieillissement dû au temps (dit calendaire) Α50Η α15ρββά ; et
- le vieillissement dû aux cycles ASOHçycSpeed.
Le modèle permet de déterminer le vieillissement dû au temps ASOHjalSpeed à l'aide d'une la table de correspondance ASOHcaisPeed_LUT fournissant le vieillissement dans le temps en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé et de la température de sorte que :
Figure imgf000027_0002
De même, le modèle permet de déterminer le vieillissement dû au cyclageASOHcycspeed à l'aide d'une table de correspondance ASOHcycsPeed_LUT fournissant le vieillissement dû au cyclage en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH, du courant Idc et de la température T de sorte que :
ASOH^Speed = /ASOHcycSpeed ÇSOHt, Tt, SOCt, Iac)
L'état de santé est alors calculé l'aide de la relation suivante
A5OHf — ASOHçalSpped + ASOHçycspeed Le modèle permet ensuite de déterminer la résistance Rch du système durant la charge à l'aide d'une la table de correspondance Rch_LUT fournissant la résistance Rch du système durant la charge en fonction du courant Idc lors de la charge, de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et de la température T de sorte que :
RCH1 = fRch_LUT (SOHT, TT , SOCT, I^1)
De même, le modèle permet de déterminer la résistance Rûch du système durant la décharge à l'aide d'une table de correspondance RDch_LUT fournissant la résistance Rûch du système durant la décharge en fonction du courant Idc lors de la décharge, de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et de la température T de sorte que :
Figure imgf000028_0001
Par ailleurs, le modèle permet de connaître la tension de circuit ouvert OCVch lors de la charge à l'aide d'une table de correspondance OCVch_LUT fournissant la tension de circuit ouvert OCVch lors de la charge en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et du courant Idc de sorte que :
Figure imgf000028_0002
De même, le modèle permet de connaître la tension de circuit ouvert OCVûch lors de la décharge à l'aide d'une table de correspondance OCVDch_LUT fournissant la tension de circuit ouvert OCVûch lors de la décharge en fonction de l'état de charge SOC, de l'état de santé SOH et du courant Idc de sorte que :
Figure imgf000028_0003
En outre, le modèle permet de déterminer la tension continue Udc aux bornes du système de stockage en utilisant la loi d'Ohm au moyen de la relation suivante : Udc = OCVçh/Dch — ldc x Rch/och où I est négatif lors de la charge et positif lors de la décharge. Il est à noter que lorsque la valeur obtenue pour tension continue Udc aux bornes du système de stockage excède la tension maximale U^axch, un indicateur de dépassement de la tension maximale Umax_limit_status est mis à jour. Cette tension maximale peut être calculée à l'aide de la relation suivante :
U ChMax = OCVt — lChMax x RCh
De même, lorsque la valeur obtenue pour tension continue Udc aux bornes du système de stockage est inférieure à la tension minimale ItachMax, un indicateur de dépassement de et la tension minimale Umin_limit_status est mis à jour. Cette tension maximale de décharge peut être calculée à l'aide de la relation suivante :
^DchMax = OCVt — IochMax x RDch
Le modèle permet ensuite de calculer la puissance fournie par la batterie Pdc à l'aide de la relation suivante :
?dc = Ud.c X ld.c Bien entendu, cette valeur de puissance est bornée par les tensions et les courants limites de sorte que :
PfnaxCh ~ ^maxCh x ^maxCh
—
maxDch 'maxDch Λ umaxDch
Comme déjà mentionné, le modèle de dispositif de conversion est combiné avec le modèle de dispositif de stockage afin d'obtenir un modèle complexe susceptible de modéliser un dispositif de gestion de l'énergie. Ainsi, le dispositif de stockage de l'énergie peut être simulé. Cependant, comme cela vient d'être détaillé, le modèle complexe comprend un grand nombre de paramètres et de variables à calculer et est difficilement utilisable pour un pilotage efficace d'une telle installation, d'autant que le pas de temps de pilotage d'un tel système est de quelques minutes, voire quelques heures alors que le pas de temps de simulation dans le cas d'un modèle complexe doit être de l'ordre de la seconde voire inférieur à la seconde afin de ne pas perdre en précision dans les résultats obtenus. Avec les solutions de l'art antérieur et ne disposant que du modèle complexe que l'on vient de détailler, l'utilisateur se trouve donc placé face à deux options toutes deux insatisfaisantes :
- soit il choisit un pas de temps de simulation du même ordre de grandeur que le pas de temps de pilotage afin de limiter la puissance de calcul nécessaire, mais la précision des résultats de la simulation (et donc du pilotage) seront insatisfaisant ;
- soit il maintient un pas de temps de simulation faible pour conserver une bonne précision, mais les ressources utilisées pour effectuer l'ensemble des calculs sont alors beaucoup plus importantes et peuvent ne pas être disponibles.
Ainsi, aucune solution permettant de conserver l'avantage de chacune de ces options n'est disponible, et cette absence est comblée par la présente invention. Cette dernière propose pour cela, comme cela a été décrit précédemment, une pluralité de simulations est effectuée à l'aide d'un modèle complexe tel que l'on vient de le décrire de sorte à obtenir trois tables de correspondance :
- d'une table de la variation de l'état de charge (SOCV TC) du système en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et de l'état de charge SOC ;
- d'une table de puissance maximale (PAC_MAX_TC) en fonction de l'état de charge SOC ;
- d'une table de puissance minimale (PAC_MIN_TC) en fonction de l'état de charge SOC.
A l'aide du modèle ainsi obtenu et à partie d'une puissance de consigne Pac_sp, et d'un état de charge SOCp fournis en entrée (noté ici SOC1 car sa valeur est donnée par l'itération t), il est possible de calculer la puissance minimale et maximale en sortie du système à l'aide de la table de puissance maximale PAC_MAX_TC fournie en fonction de l'état de charge SOC et de la table de puissance maximale PACJVIIN TC acceptée en fonction de l'état de charge SOC. Plus particulièrement, la puissance maximale est donnée par :
PACM X = fpAC_MAx_Tc (SOCT)
De même, la puissance minimale est donnée par : PlcMin — PAC_MI _TC ('5OCÎ:)
Si la puissance de consigne est dans l'intervalle [ΡΑΟΜΙΠ, ΡΑΟΜΒΧ], alors la puissance Pac est égale à la puissance de consigne Pac_sp. Dans le cas contraire, la puissance Pac est égale à la puissance limite PACMin/PACMax la plus proche de la puissance de consigne Pac_sp.
De plus, la variation temporelle de l'état de charge peut être calculée à l'aide de la table de la variation de l'état de charge (SOCV TC) du système en fonction de la puissance de consigne Pac_sp et d'un état de charge SOC à l'aide de la relation suivante : dSOC* _ t t
~~dt~ ~ fsOCVTC (.SOC > Pac_sp)
Il est intéressant de noter que seule la valeur initiale de l'état de charge SOCini est nécessaire, les valeurs suivantes de l'état de charge étant déterminées à l'aide de la relation suivante :
, dSOC'
soct+1 = so +—— x tESS
dt t II est important de noter ici que lorsque le système est simulé à l'aide d'un modèle selon l'invention, le pas de temps entre deux itérations n'est pas égal à Δΐ comme, mais à la durée ÎESS utilisée lors de la mise en œuvre du procédé selon un premier aspect de l'invention. Cependant, les tables de correspondance du modèle ayant été calculées à partir de simulations effectuées avec un pas de temps Δΐ, la précision des résultats obtenus avec le modèle simplifié reste très proche (cf. figure 9) de ceux obtenus avec un modèle complexe, sans toutefois nécessiter autant de ressource de calcul. Autrement dit, le modèle simplifié obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention permet de passer d'un pas de temps de simulation égal Δΐ à un pas de simulation égal à ÎESS sans perte significative dans la précision des résultats obtenus. On comprend alors tout l'intérêt que peut avoir un tel modèle, en particulier dans le pilotage d'un système de stockage de l'énergie. Pour cela, un mode de réalisation d'un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de pilotage d'un système de stockage de l'énergie ESS calculant des consignes de fonctionnement dudit système ESS à partir d'un modèle dudit système caractérisé en ce que ledit modèle est obtenu à l'aide d'un procédé 100 selon l'une des revendications précédentes.
Par exemple, le procédé peut comprendre une première phase d'initialisation lors de laquelle est mis en œuvre un procédé 100 selon un premier aspect de l'invention. A l'issue de cette première phase, le procédé comprend une deuxième phase lors de laquelle des consignes à destination du système de stockage de l'énergie sont générées à intervalles réguliers à l'aide du modèle obtenu lors de la phase d'initialisation de sorte à piloter ledit système ESS. De manière générale, lesdites consignes prennent la forme d'une trajectoire optimale de pilotage dont le calcul est effectué pour un horizon temporel donné, typiquement de l'ordre de plusieurs heures, par exemple 12h. Cette trajectoire est mise à jour régulièrement selon une période de mise à jour ÎPIL, en général plusieurs fois par heure, par exemple toutes les 15 minutes. Pour chaque mise à jour (toutes les 15 min par exemple), une simulation sur couvrant l'horizon de la trajectoire (12h par exemple) doit être réalisée au sein du système de pilotage. Cette mise à jour tient compte de l'évolution de l'état de charge du système de stockage et, éventuellement, d'informations concernant des paramètres susceptibles d'influencer l'évolution du système (comme les informations de prévisions météorologiques si le système de stockage est connecté à une source d'énergie renouvelable par exemple). Cette mise à jour est effectuée à l'aide d'une simulation dont le pas de temps est égal à la durée ÎESS, par exemple 1 minute, ladite simulation étant effectuée à l'aide d'un modèle simplifié obtenu par un procédé selon un premier aspect de l'invention. Il est intéressant de noter qu'avec un modèle complexe selon l'art antérieur, un pas de temps de simulation d'une minute ne permettrait pas d'obtenir une précision suffisante pour effectuer une mise à jour de la trajectoire de pilotage. Il serait donc nécessaire de diminuer le pas de temps de simulation et donc d'accroître le temps de calcul ainsi que les ressources nécessaires à ce calcul. Le modèle simplifié obtenu à l'aide d'un procédé selon un premier aspect de l'invention permet de résoudre ce problème technique en permettant justement d'adopter un pas de temps beaucoup plus élevé que celui de l'art antérieur sans que cela n'entraine de pertes significatives dans la précision de la trajectoire de pilotage.
Lors de la première phase d'initialisation, il est donc préférable de tenir compte de la durée ÎPIL séparant deux mises à jour de la trajectoire. Pour cela, dans un mode de réalisation, la durée de simulation ÎESS est choisie de sorte que ÎESS < ÎPIL, de préférence de sorte que nxtEss = ÎPIL, avec n un entier positif. Ainsi, connaissant la durée ÎPIL séparant deux mises à jour de la trajectoire de pilotage, il est possible de choisir le pas de temps de simulation de simulation ÎESS la plus adaptée.
Afin de mettre en œuvre un tel procédé, un mode de réalisation d'un troisième aspect de l'invention concerne un dispositif de pilotage d'un système de stockage de l'énergie ESS comprenant des moyens pour envoyer des consignes de fonctionnement au système de stockage de l'énergie ESS et des moyens pour recevoir des données concernant le fonctionnement du système de stockage de l'énergie ESS. Par exemple, le dispositif de pilotage et le système de stockage de l'énergie ESS communiquent par l'intermédiaire d'un réseau Ethernet et le dispositif de pilotage comporte une carte réseau de type Ethernet. Le dispositif de pilotage comporte également des moyens pour mettre en œuvre un procédé 100 de régulation selon la revendication précédente. Le dispositif de pilotage peut notamment comporter des moyens de saisie des données concernant le modèle complexe relatif au dispositif de stockage de l'énergie DSE et/ou au dispositif de conversion DC, comme un clavier associé à un écran ou bien encore un écran tactile. De manière alternative ou complémentaire, le dispositif de pilotage comporte un moyen de connexion à un réseau, par exemple Internet, et les données concernant le modèle complexe associé au système de stockage de l'énergie ESS sont récupérées sur un serveur, par exemple le serveur du fabricant des dispositifs de conversion DC et de stockage de l'énergie DE que comprend ledit système ESS. Le dispositif de pilotage comporte également des moyens de calcul, par exemple un processeur ou une carte ASIC, lesdits moyens de calcul permettant de réaliser les étapes du procédé selon un premier aspect de l'invention afin d'obtenir un modèle simplifié du système de stockage de l'énergie, mais également de générer des consignes de fonctionnent à partir dudit modèle simplifié.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé (100) de détermination des paramètres d'un modèle simplifié d'un système de stockage de l'énergie (ESS) mis en œuvre par ordinateur, ledit système (ESS) comprenant un dispositif de stockage de l'énergie (DSE) et un dispositif de conversion (DC), ledit système (ESS) pouvant être modélisé au moyen d'un modèle complexe (MC) incluant un modèle du dispositif de stockage de l'énergie (MCS) et un modèle du dispositif de conversion (MCC) ; ledit modèle complexe (MC) recevant en entrée une puissance de consigne Pac_sp et un état de charge SOCP, et fournissant en sortie l'état de charge SOC du dispositif de stockage ainsi que la puissance Pac en sortie du dispositif de stockage ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend :
- une première étape (101 ) de mise en œuvre d'une pluralité de simulations du système de stockage de l'énergie (ESS) à l'aide du modèle complexe (MC) ;
- une deuxième étape (102) de calcul à partir des résultats obtenus lors de la première étape (101 ) :
■ d'une table de la variation temporelle de l'état de charge (SOCV TC) du système en fonction de la puissance de consigne ac sp et de l'état de charge SOC ;
■ d'une table de puissance maximale (PAC MAX TC) en fonction de l'état de charge SOC ;
■ d'une table de puissance minimale (PAC_MIN_TC) en fonction de l'état de charge SOC ;
le modèle simplifié obtenu permettant d'attribuer en fonction d'une puissance de consigne Pac_sp et d'un état de charge SOCP fournis en entrée, et à partir des tables (SOCV_TC, PAC_MAX_TC, PAC_MIN_TC) déterminées lors de la deuxième étape (102), une puissance Pac et un état de charge du système SOC.
Procédé (100) selon la revendication précédente caractérisé en ce que chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge (SOCV TC) du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant :
- égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS donnée par ^2£. Sj \a tESS puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp.
- dans le cas contraire, égale à :
Γ Γ Γ. f -, r.
interp {[Pac sp(i - 1), < Pac(i,
Figure imgf000035_0001
avec :
■ d50 ^~1,;), la variation de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à un puissance de consigne Pac_sp(i-1 ) ;
■ ASOC(i,j), la variation de charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_sp(i) ;
■ < Pac ->i) >> !a valeur moyenne de la puissance Pac lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et à une puissance de consigne Pac_s (i) ;
■ interp{[x0, xl],
Figure imgf000035_0002
x} est la fonction qui détermine la valeur de y correspondant à la valeur de par interpolation à partir des valeurs de x0, x1,y0 et y1.
Procédé (1 00) selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque valeur de la table de la variation de l'état de charge (SOCV TC) du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_s (i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS. Procédé (100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque valeur de la table de la variation temporelle de l'état de charge (SOCV TC) du système est obtenue à l'aide d'une simulation d'une durée ÎESS effectuée pour un état de charge SOC(j) et une puissance de consigne Pac_sp(i) donnés et appartenant à un premier sous-ensemble de la pluralité de simulations, ladite valeur étant :
- égale à la valeur de la variation de l'état de charge ASOC obtenue lors de ladite simulation sur le temps ÎESS donnée par si la tESS puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_sp.
, , dSOCCm ) dSOC(m, i) . . . . . .
- dans le cas contraire, égale a —^- ou —^- est la variation de
3 dt dt
charge obtenue lors de la simulation correspondant à l'état de charge SOC(j) et la puissance de consigne Pac_sP(m), Pac_sP(m) étant la puissance de consigne la plus proche de la puissance de consigne Pac_s (i) pour laquelle la puissance moyenne <Pac> au cours de ladite simulation est égale à la puissance de consigne Pac_s (m).
Procédé (100) selon l'une des trois revendications précédentes caractérisé en ce que chaque état de charge SOC(j) est séparé du précédent SOC(j-1 ) et/ou du suivant SOC(j+1 ) par un pas d'état de charge adaptatif et/ou chaque puissance de consigne Pac_s (i) est séparée de la précédente Pac_s (i-1 ) et/ou de la suivante Pac_s (i+1 ) d'un pas de puissance de consigne adaptatif.
Procédé (100) selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que l'étape de simulation est répétée pour une pluralité de durées ÎESS.
Procédé (100) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge maximum SOC max, une durée égale à la durée nécessaire au déchargement complet du système de stockage tDch et une puissance de consigne Pac_s infinie positive et en ce que le calcul de la table PAC_MAX_TC de puissance maximale en fonction de l'état de charge SOC comporte : - une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk au début de la période k et de la puissance moyenne <Pac>k durant la période k ;
la pluralité de couple (SOCk, <Pac>k) venant constituer la table PAC_MAX_TC.
8. Procédé (100) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pluralité de simulations comporte une simulation effectuée avec un état de charge initial SOCini égal à l'état de charge minimum SOCmin, une durée égale à la durée nécessaire au chargement complet du système de stockage tch et une puissance de consigne Pac_sp infinie négative et en ce que le calcul de la table PACJVIIN TC de puissance minimale en fonction de l'état de charge SOC comporte :
- une étape de détermination de périodes de durée ÎESS au sein de ladite simulation, chaque période étant identifiée au moyen d'un entier positif k' ;
- pour chacune de ces périodes, une étape de détermination de l'état de charge SOCk' au début de la période k' et de la puissance moyenne <Pac>k' durant la période k' ;
la pluralité de couple (SOCk, <Pac>k) venant constituer la table PAC_MIN_TC.
9. Procédé de pilotage d'un système de stockage de l'énergie (ESS) calculant des consignes de fonctionnement dudit système (ESS) à partir d'un modèle dudit système (ESS) caractérisé en ce que ledit modèle est obtenu à l'aide d'un procédé (100) selon l'une des revendications précédentes.
10. Dispositif de pilotage d'un système de stockage de l'énergie (ESS) comprenant des moyens pour envoyer des consignes de fonctionnement au système de stockage de l'énergie (ESS), des moyens pour recevoir des données concernant le fonctionnement du système de stockage de l'énergie (ESS) caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour mettre en œuvre un procédé de régulation selon la revendication précédente.
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