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FR3045194A1 - DESIGN AND CONTROL OF A MIXED ENERGY PRODUCTION SYSTEM - Google Patents

DESIGN AND CONTROL OF A MIXED ENERGY PRODUCTION SYSTEM Download PDF

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FR3045194A1
FR3045194A1 FR1562417A FR1562417A FR3045194A1 FR 3045194 A1 FR3045194 A1 FR 3045194A1 FR 1562417 A FR1562417 A FR 1562417A FR 1562417 A FR1562417 A FR 1562417A FR 3045194 A1 FR3045194 A1 FR 3045194A1
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FR
France
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energy production
production system
variables
energy
equations
Prior art date
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Withdrawn
Application number
FR1562417A
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French (fr)
Inventor
Duy Long Ha
Franck Bourry
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Abstract

Procédé de conception d'un système de production énergétique (1) mixte comprenant au moins un dispositif de production d'énergie intermittente (2, 3) et éventuellement au moins un dispositif de stockage d'énergie (5), comprenant une première phase (P1) de mise en équations déterminant un système d'équations représentant un problème d'optimisation, caractérisé en ce que le système d'équations utilise des variables de dimensionnement, des variables d'état et des variables d'échange et en ce que le procédé comprend une seconde phase (P2) de résolution du système d'équations, qui comprend les étapes suivantes : (E22) : première étape itérative de calcul des variables d'état et d'échange du système d'équations en considérant les variables de dimensionnement du système d'équations à une valeur fixe ; (E24) : seconde étape itérative de calcul des variables de dimensionnement du système d'équations en considérant les variables d'état et d'échange à une valeur fixée à leur valeur obtenue par la première étape itérative ; (E26) : étape de test de fin d'itération, et répétition des deux étapes itératives (E22, E24) si le test est négatif, en fixant pour la première étape itérative (E22) les valeurs des variables de dimensionnement aux valeurs obtenues par la seconde étape itérative (E24), et considération de la solution obtenue en fin des deux dernières étapes itératives (E22, E24) si le test est positif.A method of designing a mixed energy production system (1) comprising at least one intermittent energy generating device (2, 3) and possibly at least one energy storage device (5), comprising a first phase ( P1) defining a system of equations representing an optimization problem, characterized in that the system of equations uses sizing variables, state variables and exchange variables and that the method comprises a second phase (P2) of resolution of the system of equations, which comprises the following steps: (E22): first iterative step of calculating the state and exchange variables of the system of equations by considering the variables of sizing the equation system to a fixed value; (E24): second iterative step of calculating the sizing variables of the system of equations by considering the state and exchange variables at a value fixed at their value obtained by the first iterative step; (E26): end of iteration test step, and repetition of the two iterative steps (E22, E24) if the test is negative, setting for the first iterative step (E22) the values of the dimensioning variables to the values obtained by the second iterative step (E24), and consideration of the solution obtained at the end of the last two iterative steps (E22, E24) if the test is positive.

Description

Conception et pilotage d’un système de production énergétique mixte L'invention concerne un procédé de conception ou de dimensionnement d’un système de production énergétique mixte. Elle concerne aussi un dispositif de conception associé mettant en oeuvre ce procédé, ainsi qu’un programme d’ordinateur adapté pour la mise en œuvre de tout ou partie des étapes de ce procédé. L’invention concerne aussi un procédé d’opération optimale d’un système de production énergétique mixte, avec le dispositif associé pour la mise en œuvre de ce procédé et le programme d’ordinateur adapté.The invention relates to a method for designing or sizing a mixed energy production system. It also relates to an associated design device implementing this method, as well as a computer program adapted for implementing all or part of the steps of this method. The invention also relates to a method of optimum operation of a mixed energy production system, with the associated device for the implementation of this method and the adapted computer program.

Sur certains territoires particuliers, notamment dans les zones isolées, il est connu d’installer des systèmes de production énergétiques mixtes, de tailles moyenne ou petite et dénommés micro-réseaux, et souvent indépendants, non reliés à un réseau de distribution énergétique d’un territoire plus vaste. L’objectif de ces systèmes est de tenter de combiner les avantages de moyens de production énergétique différents et complémentaires, comme par exemple dans le cas de la production d’électricité des dispositifs de production d’énergie dite renouvelable, comme un dispositif de production photovoltaïque et éolienne, complété par un groupe électrogène et un dispositif de stockage d’électricité. La production d’énergie photovoltaïque ou éolienne est avantageuse mais présente la particularité d’être intermittente, c’est-à-dire qu’elle ne produit pas une énergie constante avec le temps. Cette intermittence complique son utilisation et la maîtrise d’une production en correspondance avec la demande et finalement le coût de cette énergie produite. Pour atténuer ce phénomène d’intermittence, il est connu de lui associer un dispositif de stockage d’énergie et un groupe électrogène, pour former un système global de production d’énergie, souvent appelé du fait de cette architecture système hybride ou mixte. Le dispositif de stockage d’un système hybride joue alors par sa nature un rôle tampon permettant d’alterner des phases de stockage de l’énergie produite par la source d’énergie intermittente et des phases de restitution de cette énergie, pour atteindre une production dans le temps plus stable et plus facile à exploiter. Le groupe électrogène intervient aussi en cas de forte demande énergétique et/ou de trop faible production par les sources de production intermittentes.In certain particular territories, especially in isolated areas, it is known to install mixed, medium or small energy generation systems called micro-networks, and often independent, not linked to an energy distribution network of a certain size. wider territory. The aim of these systems is to try to combine the advantages of different and complementary energy production means, for example in the case of the production of electricity from so-called renewable energy production devices, such as a photovoltaic production device. and wind, supplemented by a generator and an electricity storage device. The production of photovoltaic or wind energy is advantageous but has the particularity of being intermittent, that is to say that it does not produce a constant energy over time. This intermittency complicates its use and the control of a production in correspondence with the demand and finally the cost of this produced energy. To mitigate this phenomenon of intermittency, it is known to associate an energy storage device and a generator, to form a global system of energy production, often called because of this hybrid or mixed system architecture. The storage device of a hybrid system then plays by its nature a buffer role to alternate storage phases of the energy produced by the intermittent energy source and the restitution phases of this energy, to reach a production in the time more stable and easier to operate. The generator also intervenes in case of high energy demand and / or low production by intermittent production sources.

Toutefois, la construction d’un tel système de production énergétique mixte nécessite de définir le dimensionnement de chacun des moyens de production et leur future utilisation, c’est-à-dire leur fonctionnement dans le temps et leurs échanges énergétiques et coopérations mutuelles, autrement dit la gestion opérationnelle du système énergétique mixte. Cette construction et gestion opérationnelle reposent aujourd’hui sur une approche très simplifiée, qui aboutit à des solutions loin d’être optimales.However, the construction of such a system of mixed energy production requires defining the sizing of each of the means of production and their future use, that is to say their operation over time and their energy exchanges and mutual cooperation, otherwise says the operational management of the mixed energy system. This construction and operational management today rely on a very simplified approach, which leads to far from optimal solutions.

Ainsi, un objet général de l’invention est de proposer une solution de définition optimale d’un système énergétique mixte, comprenant sa conception, son dimensionnement et sa gestion opérationnelle. A cet effet, l’invention repose sur un procédé de conception d’un système de production énergétique mixte comprenant au moins un dispositif de production d’énergie intermittente et éventuellement au moins un dispositif de stockage d’énergie, comprenant une première phase de mise en équations déterminant un système d’équations représentant un problème d’optimisation, caractérisé en ce que le système d’équations utilise des variables de dimensionnement, des variables d’état et des variables d’échange et en ce que le procédé comprend une seconde phase de résolution du système d’équations, qui comprend les étapes suivantes : - première étape itérative de calcul des variables d’état et d’échange du système d’équations en considérant les variables de dimensionnement du système d’équations à une valeur fixe ; - seconde étape itérative de calcul des variables de dimensionnement du système d’équations en considérant les variables d’état et d’échange à une valeur fixée à leur valeur obtenue par la première étape itérative ; - étape de test de fin d’itération, et répétition des deux étapes itératives si le test est négatif, en fixant pour la première étape itérative les valeurs des variables de dimensionnement aux valeurs obtenues par la seconde étape itérative, et considération de la solution obtenue en fin des deux dernières étapes itératives si le test est positif.Thus, a general object of the invention is to propose an optimal definition solution of a mixed energy system, comprising its design, its dimensioning and its operational management. For this purpose, the invention is based on a method for designing a mixed energy production system comprising at least one intermittent energy production device and possibly at least one energy storage device, comprising a first phase of implementation. in equations determining a system of equations representing an optimization problem, characterized in that the system of equations uses sizing variables, state variables and exchange variables and that the method comprises a second resolution phase of the system of equations, which comprises the following steps: - iterative first step of calculating the state and exchange variables of the system of equations by considering the dimensioning variables of the system of equations at a fixed value ; second iterative step of calculating the sizing variables of the system of equations by considering the state and exchange variables at a value fixed at their value obtained by the first iterative step; - end of iteration test step, and repetition of the two iterative steps if the test is negative, by fixing for the first iterative step the values of the dimensioning variables to the values obtained by the iterative second step, and consideration of the solution obtained at the end of the last two iterative steps if the test is positive.

Le procédé de conception d’un système de production énergétique mixte peut comprendre une étape de pilotage du système de production énergétique mixte, en utilisant tout ou partie du système d’équations de la première phase pour déterminer les valeurs d’état et d’échange formant les données d’opération du système.The method of designing a mixed energy production system may include a step of driving the mixed energy production system, using all or part of the system of equations of the first phase to determine the state and exchange values. forming the operating data of the system.

Le procédé de conception d’un système de production énergétique mixte peut comprendre une étape d’initialisation en début de la seconde phase consistant à attribuer des valeurs initiales aux variables de dimensionnement avant la première exécution des deux étapes itératives.The method of designing a mixed power generation system may include an initialization step at the beginning of the second phase of assigning initial values to the sizing variables before the first execution of the two iterative steps.

Le système d’équations peut utiliser tout ou partie des variables suivantes : - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la puissance installée d’un dispositif de production d’énergie intermittente ; et/ou - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la capacité d’un dispositif de stockage d’énergie ; et/ou - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la puissance installée d’un groupe électrogène ; et/ou - au moins une variable d’état d’un dispositif de stockage d’énergie consistant en une variable booléenne permettant de caractériser respectivement l’état en charge et l’état en décharge dudit dispositif de stockage d’énergie ; et/ou - au moins une variable d’état d’un groupe électrogène consistant en une variable booléenne permettant de caractériser respectivement l’état en marche ou non dudit groupe électrogène ; et/ou - au moins une variable d’échange par composant du système de production énergétique consistant en une énergie produite et/ou stockée et/ou échangée par chacun desdits composants. le système d’équations peut représenter un problème d’optimisation qui intègre une condition d’optimisation parmi : - la minimisation du coût global du système de production énergétique mixte ; ou - la minimisation des rejets en C02 du système de production énergétique mixte ; ou - la maximisation de la production énergétique du système de production énergétique mixte par un ou plusieurs dispositif(s) de production d’énergie intermittente.The system of equations may use all or some of the following variables: at least one sizing variable corresponding to the installed power of an intermittent energy generating device; and / or - at least one dimensioning variable corresponding to the capacity of an energy storage device; and / or - at least one sizing variable corresponding to the installed power of a generator set; and / or - at least one state variable of an energy storage device consisting of a Boolean variable for respectively characterizing the charging state and the discharging state of said energy storage device; and / or - at least one state variable of a generator set consisting of a Boolean variable for characterizing respectively the state of said generator or not; and / or - at least one exchange variable per component of the energy production system consisting of an energy produced and / or stored and / or exchanged by each of said components. the system of equations can represent an optimization problem that integrates an optimization condition among: - the minimization of the overall cost of the mixed energy production system; or - the minimization of C02 emissions from the mixed energy production system; or - maximizing the energy production of the mixed energy production system by one or more intermittent energy generating device (s).

La seconde phase peut comprendre une étape de test de robustesse permettant de déterminer si une solution obtenue en fin de seconde phase est robuste, et peut engager la recherche d’une autre solution si le test détermine que la solution n’est pas robuste.The second phase may include a robustness test step to determine if a solution obtained at the end of the second phase is robust, and may initiate the search for another solution if the test determines that the solution is not robust.

La seconde phase peut comprendre une étape de test de fiabilité pendant les étapes itératives, consistant à vérifier si les valeurs obtenues entre différentes itérations sont suffisamment proches pour considérer qu’il va y avoir une convergence vers une solution, c’est-à-dire ne sont pas éloignées entre elles au-delà d’un seuil prédéfini.The second phase may comprise a reliability test step during the iterative steps, consisting in checking whether the values obtained between different iterations are sufficiently close to consider that there will be a convergence towards a solution, that is to say are not distant from each other beyond a predefined threshold.

La première phase de mise en équations peut comprendre une étape de mise en équations qui comprend la lecture et la transmission depuis une mémoire électronique d’un modèle mathématique pour chaque composant du système de production énergétique mixte envisagé.The first phase of equations may include a step of equating which comprises reading and transmitting from an electronic memory a mathematical model for each component of the envisaged mixed power generation system.

La mémoire électronique peut comprendre un modèle mathématique pour chacun des composants suivants : - un dispositif de production d’énergie photovoltaïque ; - un dispositif de production d’énergie éolienne; - un groupe électrogène ; - un dispositif de stockage d’énergie ; - un ou plusieurs composants consommateurs d’énergie ; - un réseau de distribution d’énergie externe.The electronic memory may comprise a mathematical model for each of the following components: a device for producing photovoltaic energy; - a device for producing wind energy; - a generator; an energy storage device; one or more energy consuming components; - an external energy distribution network.

La première phase peut comprendre une étape d’acquisition de données numériques représentant des paramètres du système d’équations, cette étape comprenant des transmissions de données numériques depuis l’extérieur par des dispositifs de communication distants et/ou des saisies par une interface homme machine, ces données numériques comprenant : - des données numériques représentant des prévisions météorologiques ; - des données numériques représentant des informations géographiques du territoire concerné ; - des données numériques représentant des besoins futurs en énergie ou des souhaits de production future d’énergie. L’invention porte aussi sur un support d’enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre des étapes du procédé tel que décrit précédemment. L’invention porte aussi sur un système de production énergétique mixte comprenant au moins un dispositif de production d’énergie intermittente et éventuellement au moins un dispositif de stockage d’énergie, comprenant une unité de gestion qui met en oeuvre tout ou partie du procédé tel que décrit précédemment pour le pilotage du système de production énergétique mixte.The first phase may comprise a step of acquiring digital data representing parameters of the system of equations, this step comprising transmissions of digital data from outside by remote communication devices and / or inputs by a human-machine interface , said digital data comprising: - digital data representing weather forecasts; - digital data representing geographical information of the territory concerned; - digital data representing future energy needs or wishes for future energy production. The invention also relates to a data storage medium readable by a computer on which is recorded a computer program comprising software means for implementing the steps of the method as described above. The invention also relates to a mixed energy production system comprising at least one intermittent energy generating device and possibly at least one energy storage device, comprising a management unit that implements all or part of the method such as previously described for the control of the mixed energy production system.

Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These objects, features and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of a particular embodiment made in a non-limiting manner in relation to the appended figures among which:

La figure 1 représente schématiquement un système énergétique mixte selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 1 schematically represents a mixed energy system according to one embodiment of the invention.

La figure 2 représente schématiquement un organigramme montrant les étapes du procédé de conception d’un système de production énergétique selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 2 diagrammatically represents a flowchart showing the steps of the method of designing an energy production system according to one embodiment of the invention.

La figure 3 représente de manière plus détaillée les étapes d’un algorithme du procédé de conception d’un système de production énergétique selon le mode de réalisation de l’invention.FIG. 3 shows in more detail the steps of an algorithm of the method for designing an energy production system according to the embodiment of the invention.

La figure 4 représente une étape d’optimisation de la robustesse du procédé de conception d’un système de production énergétique selon le mode de réalisation de l’invention.FIG. 4 represents a step of optimizing the robustness of the method of designing an energy production system according to the embodiment of the invention.

Le problème technique posé précédemment peut aussi se poser de la manière suivante : comment définir simultanément : - le dimensionnement des différents composants d’un système de production énergétique mixte, - ainsi que leur stratégie d’opération future, pour atteindre un certain objectif prédéfini ?The technical problem posed above can also be posed in the following way: how to define simultaneously: - the dimensioning of the different components of a mixed energy production system, - as well as their future operation strategy, to reach a certain predefined objective?

Cet objectif prédéfini peut consister à rechercher la fourniture d’une quantité de production énergétique souhaitée (ou estimée) de la manière la moins coûteuse possible, ou en générant le minimum possible de produit polluant comme du C02. En variante, l’objectif prédéfini peut consister à produire une quantité d’énergie supérieure au besoin (souhaité et/ou estimé) pour en revendre une partie, tout en optimisant l’aspect économique global. Dans tous les cas, le problème posé est de type problème d’optimisation, et repose sur la recherche d’une double dimension, le dimensionnement du système de production énergétique mixte et celui de sa stratégie d’opération future, qui induit son pilotage futur.This predefined objective may be to seek the provision of a desired (or estimated) amount of energy production in the least cost-effective manner, or by generating the minimum possible pollutant such as CO 2. Alternatively, the predefined objective may be to produce a greater amount of energy than necessary (desired and / or estimated) to sell a portion, while optimizing the overall economic aspect. In any case, the problem is a problem of optimization, and is based on the search for a double dimension, the sizing of the mixed energy production system and that of its future operation strategy, which induces its future management. .

La figure 1 représente ainsi à titre d’exemple un système de production énergétique 1 mixte conçu et fabriqué par le mode de réalisation de l’invention. Il comprend des dispositifs de production d’énergie photovoltaïque 2 et éolienne 3, un groupe électrogène 4, un dispositif de stockage d’énergie 5, par exemple une batterie. Ces différents composants formant le système de production énergétique 1 mixte sont reliés entre eux par des liaisons 6, notamment avec le dispositif de stockage 5, qui leur permettent d’échanger de l’énergie. Ce système de production énergétique 1 alimente en énergie des composants consommateurs 11 de l’énergie produite par un réseau de distribution 16. Ce système de production énergétique 1 est de plus dépendant des conditions météorologiques, caractérisées par un ensemble de données météorologiques 17, comprenant par exemple l’ensoleillement et le vent.FIG. 1 thus represents, by way of example, a mixed energy production system 1 designed and manufactured by the embodiment of the invention. It comprises devices for producing photovoltaic energy 2 and wind power 3, a generator 4, a power storage device 5, for example a battery. These various components forming the mixed energy production system 1 are interconnected by links 6, in particular with the storage device 5, which enable them to exchange energy. This energy production system 1 supplies energy to consumer components 11 of the energy produced by a distribution network 16. This energy production system 1 is also dependent on meteorological conditions, characterized by a set of meteorological data 17, including by example sunshine and wind.

Un dispositif de conception et/ou de pilotage d’un système de production énergétique 1 mixte comprend une unité de gestion 20, qui se présente sous la forme d’au moins un calculateur, sur lequel est installé un logiciel. Cette unité de gestion 20 met en oeuvre un procédé de conception du système de production énergétique 1 mixte, qui sera décrit en détail plus loin. Selon une variante de réalisation, l’unité de gestion 20 peut avoir pour fonction de définir une modification de l’architecture d’un système de production énergétique 1 existant, pour l’améliorer, ce qui se rapproche fortement du procédé de construction.A device for designing and / or controlling a mixed energy production system 1 comprises a management unit 20, which is in the form of at least one computer, on which software is installed. This management unit 20 implements a method of designing the mixed energy production system 1, which will be described in detail below. According to an alternative embodiment, the management unit 20 may have the function of defining a modification of the architecture of an existing energy production system 1 to improve it, which is very close to the construction method.

Elle peut aussi mettre en oeuvre un procédé de gestion/pilotage d’un tel système de production énergétique 1 mixte lorsqu’il est conçu, pour le piloter selon un plan de fonctionnement optimisé afin d’atteindre un objectif prédéfini, par exemple lui permettant de répondre au besoin des composants consommateurs 11 à moindre coût ou à moindre pollution. Ce procédé de pilotage peut être mis en oeuvre sur une unité de gestion différente de celle utilisée pour la conception/dimensionnement, mais les modèles et algorithmes mis en oeuvre restent les mêmes. Dans le cas du pilotage, elle est reliée aux différents composants du système par des dispositifs de communications 18 pour pouvoir transmettre des commandes et agir sur le fonctionnement du système de production énergétique 1, par l’intermédiaire d’actionneurs par exemple. En retour, l’unité de gestion 20 peut recevoir des informations depuis ces mêmes composants du système, par exemple sur leur état électrique comme l’état de charge du dispositif de stockage, la tension et/ou le courant à leurs bornes, la puissance et l’énergie de sortie, etc., par exemple à partir de capteurs et par l’intermédiaire des dispositifs de communication 18. En remarque, cette unité de gestion 20 peut être physiquement à proximité du système de production énergétique 1 ou à distance, auquel cas elle supervise et commande le système à distance. L’unité de gestion 20 détermine notamment l’énergie qui doit être transmise ou restituée par le dispositif de stockage d’énergie 5 et la mise en route ou non du groupe électrogène 4.It can also implement a method of managing / controlling such a mixed energy production system 1 when it is designed, to drive it according to an optimized operating plan in order to achieve a predefined goal, for example enabling it to meet the needs of the consumer components 11 at a lower cost or less pollution. This control method can be implemented on a management unit different from that used for the design / dimensioning, but the models and algorithms used remain the same. In the case of control, it is connected to the various components of the system by communication devices 18 to be able to transmit commands and act on the operation of the energy production system 1, through actuators for example. In return, the management unit 20 can receive information from these same system components, for example on their electrical state such as the state of charge of the storage device, the voltage and / or the current at their terminals, the power and the output energy, etc., for example from sensors and via communication devices 18. As a remark, this management unit 20 can be physically close to the energy production system 1 or remotely, in which case she supervises and controls the system remotely. The management unit 20 determines in particular the energy that must be transmitted or restored by the energy storage device 5 and the startup or not of the generator 4.

Enfin, de manière optionnelle, une connexion 8 du système de production énergétique 1 lui permet de transmettre tout ou partie de sa production énergétique sur un réseau énergétique externe, par exemple selon un plan de vente établi au préalable, et éventuellement de recevoir de l’énergie depuis ce réseau énergétique externe.Finally, optionally, a connection 8 of the energy production system 1 enables it to transmit all or part of its energy production on an external energy network, for example according to a previously established sales plan, and possibly to receive energy. energy from this external energy network.

En remarque, ce système de production énergétique 1 peut comprendre plusieurs dispositifs de production d’énergie intermittente comme représenté et/ou plusieurs dispositifs de stockage, et ces dispositifs peuvent se trouver sur un même site ou éloignés les uns des autres. Naturellement, il peut comprendre en variante d’autres composants de production énergétique que ceux représentés à titre d’exemple non limitatif. D’autre part, le système de production énergétique 1 illustré est destiné à la production d’électricité. En variante, l’invention peut porter sur un système de production énergétique 1 mixte destiné à produire de la chaleur.Note that this energy production system 1 may include several intermittent energy production devices as shown and / or several storage devices, and these devices may be on the same site or remote from each other. Naturally, it may alternatively comprise other energy production components than those shown by way of non-limiting example. On the other hand, the illustrated power generation system 1 is intended for power generation. Alternatively, the invention may relate to a mixed energy production system 1 for producing heat.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’unité de gestion 20 du système de production énergétique 1 met donc en œuvre un procédé de conception/dimensionnement d’un système de production énergétique 1 mixte, incluant l’amélioration d’un système de production énergétique 1 existant. Ce procédé est illustré par les figures 2 à 4. La figure 2 représente schématiquement l’ensemble du procédé, la figure 3 représente de manière plus détaillée la seconde phase du procédé et la figure 4 une étape particulière de cette seconde phase.According to one embodiment of the invention, the management unit 20 of the energy production system 1 thus implements a method of designing / sizing a mixed energy production system 1, including the improvement of a system existing energy production 1. This process is illustrated in Figures 2 to 4. Figure 2 shows schematically the whole process, Figure 3 shows in more detail the second phase of the process and Figure 4 a particular step of this second phase.

Une première phase P1 du procédé consiste en la mise en équations du système de production énergétique. Pour cela, une période future T de fonctionnement dudit système est déterminée par un opérateur du système. Comme un tel système est destiné à un fonctionnement sur de nombreuses années, cette période future peut être de vingt ans. En variante, pour simplifier les calculs à effectuer, cette période peut être réduite à un an.A first phase P1 of the process consists in equating the energy production system. For this, a future period T of operation of said system is determined by an operator of the system. As such a system is intended for operation over many years, this future period may be twenty years. Alternatively, to simplify the calculations to be performed, this period can be reduced to one year.

Cette première phase P1 comprend une première étape E11 d’acquisition de données. Pour cela, l’unité de gestion 20 reçoit dans une mémoire électronique un ensemble de données numériques formant les paramètres nécessaires au système d’équations. Ces données numériques comprennent notamment tout ou partie des données suivantes : - Des données numériques représentant des données météorologiques 17 futures, comprenant par exemple l’ensoleillement et le vent. Ces données numériques peuvent être estimées à partir de données réelles mesurées sur une période passée équivalente et/ou à partir de modèles de prévision météorologique. Elles couvrent toute la période future T choisie ; - Des données numériques représentant un dimensionnement maximal de chaque composant du système. Pour cela, il est par exemple possible d’indiquer la puissance maximale de production de chaque composant de production énergétique du système. Ce paramètre peut être fixé en fonction de la connaissance du besoin futur maximal en énergie et/ou en fonction de contraintes géographiques comme la surface disponible sur le territoire considéré pour installer des panneaux photovoltaïques ou installer des éoliennes. En complément, des données numériques représentant un dimensionnement minimal de chaque composant du système peuvent être prises en compte ; - Des données numériques représentant au moins un paramètre d’un critère d’optimisation choisi. Ce paramètre peut être un seuil d’optimisation, qui peut intervenir dans des équations et/ou conditions du système d’équations afin d’atteindre l’un des critères d’optimisation parmi par exemple : - le coût minimum de la production énergétique ; - le rejet minimal de C02 de la production énergétique ; - l’utilisation minimale de carburant pour un groupe électrogène ; - l’utilisation maximale de la production solaire... ;This first phase P1 comprises a first data acquisition step E11. For this, the management unit 20 receives in an electronic memory a set of digital data forming the parameters necessary for the system of equations. These digital data include in particular all or part of the following data: Numerical data representing future meteorological data, including for example sunlight and wind. These numerical data can be estimated from actual data measured over an equivalent historical period and / or from weather forecast models. They cover the entire future period T chosen; - Digital data representing a maximum dimensioning of each component of the system. For this, it is for example possible to indicate the maximum power output of each energy production component of the system. This parameter can be set according to the knowledge of the maximum future energy requirement and / or according to geographical constraints such as the area available in the territory concerned for installing photovoltaic panels or installing wind turbines. In addition, digital data representing a minimum dimensioning of each component of the system can be taken into account; - Digital data representing at least one parameter of a chosen optimization criterion. This parameter can be an optimization threshold, which can intervene in equations and / or conditions of the system of equations in order to reach one of the optimization criteria among, for example: - the minimum cost of energy production; - the minimum C02 release from energy production; - the minimum fuel usage for a generator; - the maximum use of solar production ...;

Pour cela, les données numériques suivantes peuvent aussi être utilisées : le coût maximum de la production énergétique, le rejet maximum de C02 de la production énergétique, l’utilisation maximale de carburant pour un groupe électrogène, l’utilisation minimale de la production solaire, etc. - Un besoin en consommation future par des composants consommateurs 11 et éventuellement par un réseau relié à la connexion 8 du système.For this, the following numerical data can also be used: the maximum cost of energy production, the maximum C02 release of energy production, the maximum fuel consumption for a generator, the minimal use of solar generation, etc. - A need for future consumption by consumer components 11 and possibly by a network connected to the connection 8 of the system.

Ces données numériques sont déterminées et connues sur la période future T selon un certain pas temporel. Ce pas temporel peut être de l’ordre d’une heure. Il forme un compromis entre la précision et la complexité des calculs. Il peut être choisi et prédéfini de manière figée dans une mémoire électronique associée à l’unité de gestion 20, ou être un paramètre de calcul saisi par un opérateur et mémorisé.These digital data are determined and known on the future period T according to a certain time step. This time step can be of the order of one hour. It forms a compromise between precision and complexity of calculations. It can be chosen and predefined in a fixed manner in an electronic memory associated with the management unit 20, or be a calculation parameter entered by an operator and stored.

Toutes ces données numériques formant les paramètres du procédé sont finalement avantageusement saisies par un opérateur par l’intermédiaire d’une interface homme machine ou transmises par un moyen de communication depuis un ordinateur distant. A titre d’exemple, les données numériques météorologiques peuvent être transmises par un ordinateur distant d’une entité météorologique. Toutes ces données numériques sont stockées sur une mémoire électronique associée à l’unité de gestion 20.All these digital data forming the process parameters are finally advantageously entered by an operator via a human machine interface or transmitted by a communication means from a remote computer. For example, the meteorological digital data may be transmitted by a computer remote from a meteorological entity. All these digital data are stored on an electronic memory associated with the management unit 20.

Ensuite, l’unité de dimensionnement 20 réalise la mise en équations du système en ayant recours à une bibliothèque de modèles mathématiques pour chaque composant du système. Cette bibliothèque est disponible sur une mémoire électronique accessible par l’unité de dimensionnement.Then, the sizing unit 20 realizes the equations of the system using a library of mathematical models for each component of the system. This library is available on an electronic memory accessible by the sizing unit.

Chaque modèle mathématique utilise des variables qui correspondent au dimensionnement du composant considéré, dites variables de dimensionnement, des variables qui concernent son état, dites variables d’état, ainsi que des variables caractérisant les flux d’énergie d’un composant, dites variables d’échanges. A titre d’exemples, les variables de dimensionnement comprennent les puissances installées de chaque composant de production d’énergie, la capacité d’un dispositif de stockage, la puissance nominale d’un groupe électrogène, etc. Certains modèles sont détaillés ci-dessous à titre d’exemples. Dans tous ces modèles, l’indice k utilisé représente un pas temporel ou instant, qui varie sur toute la période T considérée selon le pas temporel choisi. Un modèle intègre au moins une équation qui caractérise le fonctionnement du composant modélisé, et une équation qui permet de considérer l’objectif à atteindre en termes d’optimisation. L’invention ne porte pas sur ces modèles en tant que tels, et d’autres modèles, connus de l’état de la technique ou non, pourraient en variante être définis et utilisés.Each mathematical model uses variables that correspond to the dimensioning of the considered component, called sizing variables, variables that concern its state, called state variables, as well as variables characterizing the energy flows of a component, called variable variables. 'trades. As examples, the dimensioning variables include the installed powers of each power generation component, the capacity of a storage device, the rated power of a generator, and so on. Some models are detailed below as examples. In all these models, the index k used represents a time step or instant, which varies over the whole period T considered according to the chosen time step. A model integrates at least one equation that characterizes the functioning of the modeled component, and an equation that makes it possible to consider the objective to be achieved in terms of optimization. The invention does not relate to these models as such, and other models, known from the state of the art or not, could alternatively be defined and used.

Un dispositif de production d’énergie photovoltaïque 2 peut par exemple être traité par un modèle formulé par l’équation suivante :A photovoltaic power generation device 2 can for example be processed by a model formulated by the following equation:

Epv(k) = PVtimeserie (k) X PpvX Δΐ OÙEpv (k) = PVtimeserie (k) X PpvX Δΐ WHERE

Epv(k) est l’énergie produite par le dispositif de production d’énergie photovoltaïque pour le pas temporel k considéré, qui forme une variable d’échange dudit dispositif,Epv (k) is the energy produced by the photovoltaic power generation device for the time step k considered, which forms an exchange variable of said device,

Ppv est la puissance installée par le dispositif de production d’énergie photovoltaïque, qui représente une variable de dimensionnement dudit dispositif, PVtimeserie (k) est la série temporelle de puissance produite par une unité de puissance installée. Cette production peut être estimée via un procédé d’estimation connu ou par une série de mesures d’un dispositif de production d’énergie photo voltaïque réel comparable, Δΐ est le pas de temps utilisé. D’autre part, si le système est à optimiser sur le critère du coût minimal, le modèle propose aussi l’équation suivante de coût Costpv du dispositif de production d’énergie photo voltaïque 2 :Ppv is the power installed by the photovoltaic power generating device, which represents a dimensioning variable of the device, PVtimeserie (k) is the time series of power produced by an installed power unit. This production can be estimated via a known estimation method or by a series of measurements of a comparable real photovoltaic energy production device, Δΐ is the time step used. On the other hand, if the system is to be optimized according to the minimum cost criterion, the model also proposes the following Costpv cost equation of the photovoltaic energy production device 2:

Costpv = (CAPEX + OPEX) x Ppv où CAPEX représente l’investissement financier initial par unité de puissance photovoltaïque installée, et OPEX représente le coût de fonctionnement annualisé du dispositif de production d’énergie photovoltaïque par unité de puissance photovoltaïque installée.Costpv = (CAPEX + OPEX) x Ppv where CAPEX represents the initial financial investment per installed photovoltaic power unit, and OPEX represents the annualized operating cost of the photovoltaic power generation device per installed photovoltaic power unit.

Un dispositif de production d’énergie éolienne 3 peut par exemple être traité de manière analogue par un modèle formulé par l’équation suivante :A wind energy generating device 3 may for example be treated analogously by a model formulated by the following equation:

or

Ewind(k) est l’énergie produite par le dispositif de production d’énergie éolienne pour le pas temporel k considéré, qui forme une variable d’échange dudit dispositif,Ewind (k) is the energy produced by the wind energy generating device for the time step k considered, which forms a variable for exchange of said device,

Pwind est la puissance installée par le dispositif de production d’énergie éolienne, qui représente une variable de dimensionnement dudit dispositif, Windtimeserie (k) est la série temporelle de puissance produite par une unité de puissance installée. Cette production peut être estimée via un procédé d’estimation connu ou par une série de mesures d’un dispositif de production d’énergie éolienne réel comparable. D’autre part, si le système est à optimiser sur le critère du coût minimal, le modèle propose aussi l’équation suivante de coût CosUnd du dispositif de production d’énergie éolienne 3 :Pwind is the power installed by the wind power generating device, which represents a sizing variable of that device, Windtimeserie (k) is the time series of power produced by an installed power unit. This production can be estimated by a known estimation method or by a series of measurements of a comparable real wind energy generating device. On the other hand, if the system is to be optimized on the minimum cost criterion, the model also proposes the following cost equation CosUnd of the wind energy production device 3:

Costwind = (CAPEX + OPEX) x PWind où CAPEX représente l’investissement financier initial par unité de puissance éolienne installée, et OPEX représente le coût de fonctionnement annualisé du dispositif de production d’énergie éolienne par unité de puissance éolienne installée.Costwind = (CAPEX + OPEX) x PWind where CAPEX represents the initial financial investment per unit of installed wind power, and OPEX represents the annualized cost of operation of the wind power generation device per unit of installed wind power.

Un groupe électrogène 4 peut par exemple être traité par un modèle formulé par les conditions suivantes :A generator 4 can for example be processed by a model formulated by the following conditions:

or

Egen(k) est l’énergie produite au pas temporel k par le groupe électrogène, qui forme une variable d’échange du groupe électrogène,Egen (k) is the energy produced at time step k by the generator, which forms a generator exchange variable,

Fgen est compris entre 0 et 1 et représente le facteur de puissance minimale de fonctionnement du groupe électrogène, 5gen(k) est une variable binaire qui représente l’état allumé (valeur 1) ou éteint (valeur 0) du groupe électrogène, et qui représente une variable d’état du groupe électrogène,Fgen is between 0 and 1 and represents the minimum operating power factor of the generator set, 5gen (k) is a binary variable which represents the on state (value 1) or off (0 value) of the generator set, and represents a state variable of the generator set,

Pgen représente la puissance maximale du groupe électrogène, qui représente une variable de dimensionnement du groupe électrogène.Pgen represents the maximum power of the generator, which represents a variable of dimensioning of the generating set.

Ces conditions peuvent être complétées par la prise en compte de contraintes complémentaires liées aux durées minimales de fonctionnement et d’arrêt du groupe électrogène, qui peuvent s’écrire par les conditions :These conditions can be supplemented by taking into account additional constraints related to the minimum operating and stopping times of the generator, which can be written by the conditions:

pour tout k compris entre 2 et T inclus, et pour tout k1 compris entre k et le minimum de k+minON-1 et T inclus, etfor all k between 2 and T inclusive, and for any k1 between k and the minimum of k + minON-1 and T inclusive, and

pour tout k compris entre 2 et T inclus, et pour tout k2 compris entre k et le minimum de k+minOFF-1 et T inclus, où minON est le nombre de pas de temps correspondant à la durée de fonctionnement minimale du groupe électrogène, minOFF est le nombre de pas de temps correspondant à la durée de non fonctionnement minimale du groupe électrogène. D’autre part, si le système est à optimiser sur le critère du coût minimal, le modèle propose aussi l’équation suivante de coût Costgen du groupe électrogène 4 :for any k between 2 and T inclusive, and for any k2 between k and the minimum of k + minOFF-1 and T inclusive, where minON is the number of time steps corresponding to the minimum operating time of the generator, minOFF is the number of time steps corresponding to the minimum idle time of the generator. On the other hand, if the system is to be optimized on the minimum cost criterion, the model also proposes the following Costgen cost equation for generator 4:

Costgen = CAPEX X Pgen + OPEX où CAPEX représente l’investissement financier initial par unité de puissance installée, et OPEX représente le coût de fonctionnement annualisé du groupe électrogène, qui peut être détaillé par la formule suivante :Costgen = CAPEX X Pgen + OPEX where CAPEX represents the initial financial investment per unit of installed capacity, and OPEX represents the annualized operating cost of the generator, which can be detailed by the following formula:

Or

Mgen représente le coût de maintenance par unité de puissance installée, et a, b, c sont des facteurs de consommation qui permettent d’estimer le coût d’opération du groupe électrogène lié à la consommation de carburant.Mgen represents the maintenance cost per unit of installed power, and a, b, c are consumption factors that make it possible to estimate the operating cost of the generator related to fuel consumption.

Le modèle du dispositif de stockage 5 s’applique au système de stockage complet. Lorsque ce système de stockage est basé sur un stockage électrochimique, il comprend une batterie, un convertisseur et un composant auxiliaire. Le modèle de stockage est indépendant de la technologie ; il est par exemple aussi valable pour un dispositif de stockage basé sur l’hydrogène, comme un électrolyseur, une pile à combustible et des auxiliaires. Le modèle du dispositif de stockage 5 peut être formulé à travers les équation/conditions suivantes :The model of the storage device 5 applies to the entire storage system. When this storage system is based on electrochemical storage, it includes a battery, a converter and an auxiliary component. The storage model is technology independent; it is for example also valid for a storage device based on hydrogen, such as an electrolyzer, a fuel cell and auxiliaries. The model of the storage device 5 can be formulated through the following equation / conditions:

AvecWith

Est(k) correspond à la quantité d’énergie stockée dans le système à la fin du pas de temps k, qui forme une variable d’état du dispositif de stockage, Eess(k) est l’énergie chargée (lorsque négative) ou déchargée (lorsque positive) pendant le pas de temps k avec le rendement de charge pc, qui forme une variable d’échange dudit dispositif de stockage, 5ess(k) est la variable binaire qui permet de distinguer la phase de charge et celle de décharge (5ess = 0 lors de la charge, et 5ess = 1 lors de la décharge), et qui représente une variable d’état du dispositif de stockage ; Cess représente la capacité du système de stockage, et forme une variable de dimensionnement du dispositif de stockage,East (k) is the amount of energy stored in the system at the end of time step k, which forms a state variable of the storage device, Eess (k) is the charged energy (when negative) or discharged (when positive) during the time step k with the charging efficiency pc, which forms an exchange variable of said storage device, 5ess (k) is the binary variable which makes it possible to distinguish the charging phase and the discharge phase (5ess = 0 during the load, and 5ess = 1 during the discharge), which represents a state variable of the storage device; Cess represents the capacity of the storage system, and forms a dimensioning variable of the storage device,

Pmaxc est la puissance maximale de charge du système de stockage ; cette valeur est positive,Pmaxc is the maximum load power of the storage system; this value is positive,

Pmaxd est la puissance maximale de décharge du système de stockage ; cette valeur est positive.Pmaxd is the maximum discharge power of the storage system; this value is positive.

En remarque, ce système d’équations est avantageux et nouveau, notamment en ce qu’il repose sur une variable binaire 5ess(k), qui représente une variable d’état.As a remark, this system of equations is advantageous and new, especially since it is based on a binary variable 5ess (k), which represents a state variable.

En variante, le modèle précédent peut prendre en compte : - le rendement variable en fonction de l’état d’énergie et de la puissance du stockage ; - les puissances maximales de charge et de décharge en fonction de l’état d’énergie.As a variant, the preceding model can take into account: the variable efficiency as a function of the energy state and the storage power; - the maximum powers of charge and discharge according to the state of energy.

Le coût Costess représenté par le dispositif de stockage 5 peut se calculer de la manière suivante : oùThe Costess cost represented by the storage device 5 can be calculated as follows:

CAPEX est l’investissement initial du dispositif de stockage par unité de capacité, OPEX est le coût de fonctionnement annualisé par unité de capacité du dispositif de stockage,CAPEX is the initial investment of the storage device per unit capacity, OPEX is the annualized operating cost per unit capacity of the storage device,

Nremplace est le coût de remplacement par unité de capacité du dispositif de stockage durant la totalité de la durée T considérée.Nremplace is the replacement cost per unit capacity of the storage device during the entire duration T considered.

En remarque, dans le mode de réalisation pour lequel le système de production énergétique 1 est lié à un réseau externe par une connexion 8, le modèle du réseau est aussi pris en compte. Ce modèle considère l’énergie Egridsource(k) qui peut être importée depuis le réseau par le système de production énergétique 1 pendant le pas de temps k par la condition :As a remark, in the embodiment for which the energy production system 1 is linked to an external network via a connection 8, the model of the network is also taken into account. This model considers the energy Egridsource (k) that can be imported from the grid by the energy production system 1 during the time step k by the condition:

Où Pgridsourœmax(k) est la puissance maximale de soutirage depuis le réseau pour le pas de temps k.Where Pgridsourœmax (k) is the maximum draw off power from the network for time step k.

De plus, l’énergie Egridioad(k) qui peut être transmise au réseau par le système de production énergétique 1 pendant le pas de temps k se caractérise aussi par la condition suivante : 'Pgridloadmax(k) X Δΐ 2= Egridload(k) 2= 0 Où Pgridioadmax(k) est la puissance maximale d’injection pour le pas de temps k ; cette puissance est positive.Moreover, the energy Egridioad (k) which can be transmitted to the grid by the energy production system 1 during the time step k is also characterized by the following condition: Pgridloadmax (k) X Δΐ 2 = Egridload (k) 2 = 0 Where Pgridioadmax (k) is the maximum injection power for time step k; this power is positive.

Le coût Costgrid de cette connexion du système de production énergétique 1 au réseau peut se calculer de la manière suivante :The Costgrid cost of this connection of the energy production system 1 to the network can be calculated as follows:

Or

Pgnd est la puissance de raccordement du système de production énergétique 1 au réseau. Pour tout pas de temps k, on a :Pgnd is the power of connection of the system of energy production 1 to the network. For any time k, we have:

Ci(k) et C2(k) sont respectivement les coûts d’énergie importée et vendue au réseau pour le pas de temps k.Ci (k) and C2 (k) are respectively the energy costs imported and sold to the network for the time step k.

Le procédé prend de plus en compte un modèle de consommation des composants consommateurs 11. Cette consommation d’énergie E|0ad(k) peut s’exprimer simplement :The method also takes into account a consumption model of the consumer components 11. This energy consumption E | 0ad (k) can be expressed simply:

Où PLoadtimeserie représente la série temporelle de puissance consommée.Where PLoadtimes is the time series of power consumed.

Le procédé utilise donc les différents modèles mémorisés pour chaque composant du système de production énergétique 1 puis considère de plus l’équation de bilan énergétique suivante : E|oad(k) + Egrjci|oac|(k) = Epv(k) + Ewjnd(k) + Egen(k) + Est0c(k) + Egrjcjsource (k) pour tout k compris entre 1 et T inclus.The method therefore uses the different models stored for each component of the energy production system 1 and then considers the following energy balance equation: E | oad (k) + Egrjci | oac | (k) = Epv (k) + Ewjnd (k) + Egen (k) + Est0c (k) + Egrjcjsource (k) for all k between 1 and T inclusive.

Le procédé considère de plus une dimension lui permettant de caractériser l’objectif à atteindre. Par exemple, dans le cas de la minimisation du coût, la grandeur Obj suivante est calculée :The method furthermore considers a dimension enabling it to characterize the objective to be achieved. For example, in the case of cost minimization, the following quantity Obj is calculated:

Obj = CoStpv + CoStwind + CoStgen + CoStess + CoStgridObj = CoStpv + CoStwind + CoStgen + CoStess + CoStgrid

Les explications précédentes permettent de comprendre comment le procédé réalise une première phase P1 de mise en équations, qui comprend une seconde étape E12 de réunion des équations et conditions des composants individuels du système de production énergétique 1 et des équations et conditions reliant entre eux ces composants. Nous appelons simplement système d’équations cet ensemble obtenu. En remarque, comme ce système intègre une grandeur qu’il faut optimiser, c’est-à-dire mathématiquement minimiser ou maximiser, sa résolution est du type « problème d’optimisation >>.The preceding explanations make it possible to understand how the method carries out a first equilibration phase P1, which comprises a second step E12 of meeting the equations and conditions of the individual components of the energy production system 1 and the equations and conditions interconnecting these components. . We simply call system of equations this set obtained. As a remark, as this system integrates a magnitude that must be optimized, that is to say mathematically minimize or maximize, its resolution is of the "optimization problem" type.

Pour bien appréhender la complexité technique du problème technique de dimensionnement d’un système de production énergétique, il faut bien considérer que le système d’équations obtenu est de type « problème d’optimisation » et comprend un nombre très important de variables inconnues à déterminer. A titre d’exemple, pour un système de quatre composants, comprenant chacun une seule variable de dimensionnement et deux variables d’état, et considéré sur une période de un an avec un pas temporel d’une heure, le nombre de variables à déterminer s’élève à 4 + (2*4) x (365*24) = 70 084To fully understand the technical complexity of the technical problem of sizing an energy production system, it must be considered that the system of equations obtained is of the "optimization problem" type and includes a very large number of unknown variables to be determined. . By way of example, for a system of four components, each comprising a single sizing variable and two state variables, and considered over a period of one year with a time step of one hour, the number of variables to be determined is 4 + (2 * 4) x (365 * 24) = 70,084

Ce problème d’optimisation comprend naturellement trop de variables pour une résolution manuelle, et même trop de variables pour une résolution conventionnelle en problème unique du système d’équations. Pour cette raison, les solutions existantes de l’état de la technique ne permettent pas de prendre en compte une stratégie optimale d’opération du système pour le dimensionnement, comme cela a été rappelé en préambule.This optimization problem naturally includes too many variables for manual resolution, and even too many variables for a conventional single-problem solution of the system of equations. For this reason, existing solutions of the state of the art do not allow to take into account an optimal strategy of operation of the system for sizing, as was recalled in the preamble.

Le procédé de dimensionnement d’un système de production énergétique 1 selon le mode de réalisation met en oeuvre une seconde phase P2 de résolution du système d’équations établi par la première phase P1 du procédé. Cette seconde phase P2 met en oeuvre deux étapes de calcul distinctes et complémentaires, qui permettent de découper le problème d’optimisation en deux problèmes distincts. Ces deux étapes de calcul sont répétées de manière itérative, pour converger vers une solution au problème global d’optimisation, dans un temps restreint et avec une ressource de calcul abordable.The sizing method of an energy production system 1 according to the embodiment implements a second phase P2 of solving the system of equations established by the first phase P1 of the method. This second phase P2 implements two distinct and complementary calculation steps, which make it possible to split the optimization problem into two distinct problems. These two calculation steps are repeated iteratively, to converge towards a solution to the overall optimization problem, in a limited time and with an affordable computing resource.

Pour cela, la seconde phase P2 comprend d’abord une étape E20 d’initialisation, qui consiste à donner une valeur initiale aux variables de dimensionnement du système d’équations. Selon un mode de réalisation, ces valeurs sont choisies en considérant la valeur moyenne des dimensionnements minimaux et maximaux pour chacun des composants.For this, the second phase P2 comprises first an initialization step E20, which consists in giving an initial value to the sizing variables of the system of equations. According to one embodiment, these values are chosen by considering the average value of the minimum and maximum sizing for each of the components.

Ces valeurs minimales et maximales sont par exemple connues à partir de données géographiques, comme la surface disponible pour l’installation de panneaux photovoltaïques et/ou d’éoliennes sur le territoire considéré. En variante ou complément, elles sont fixées en tenant compte de la consommation maximale souhaitée par les composants consommateurs. Après cette étape d’initialisation, les étapes itératives sont mises en oeuvre.These minimum and maximum values are for example known from geographical data, such as the area available for the installation of photovoltaic panels and / or wind turbines in the territory under consideration. Alternatively or complement, they are set taking into account the maximum consumption desired by the consumer components. After this initialization step, the iterative steps are implemented.

La première étape itérative E22 consiste à fixer les variables de dimensionnement à une valeur considérée connue, et à résoudre le système d’équations en ne cherchant que les autres variables, c’est-à-dire les variables d’état et d’échanges. Lors de la première itération, les valeurs considérées pour les variables de dimensionnement sont donc celles fixées par l’étape d’initialisation E20.The first iterative step E22 consists of setting the sizing variables to a known value and solving the system of equations by looking only for the other variables, ie the state and exchange variables. . During the first iteration, the values considered for the dimensioning variables are thus those fixed by the initialization step E20.

La seconde étape itérative E24 consiste à fixer les variables d’état et d’échanges à leur valeur déterminée, considérée connue, par la première étape itérative E22, et à rechercher les variables de dimensionnement.The second iterative step E24 consists of setting the state and exchange variables to their determined value, considered to be known, by the iterative first step E22, and to finding the sizing variables.

Selon le mode de réalisation, dans chacune de ces deux étapes E22, E24 de résolution du système d’équations, la méthode de programmation linéaire mixte est utilisée. Les modèles proposés pour les différents composants sont compatibles avec cette méthode d’optimisation. A la fin de la seconde étape itérative E24, le procédé met en oeuvre une étape de test E26 de fin d’itération, qui permet de stopper ou de poursuivre les itérations. A titre d’exemple, cette étape de test E26 peut comprendre la comparaison entre les différentes valeurs des variables du système d’équation obtenues et celles obtenues lors de l’itération précédente : si leur différence ne dépasse pas un seuil prédéfini, par exemple 10%, ce seuil pouvant être un paramètre du procédé établi lors de l’étape E11, sur les deux dernières itérations, alors le test est positif et peut conclure que la convergence est suffisante et le procédé retient alors ces dernières valeurs obtenues comme la solution du système d’équations et stoppe les itérations. Sinon, le test est négatif et les étapes E22, E24 sont de nouveau mises en oeuvre, en utilisant les résultats obtenus par cette dernière itération comme valeurs initiales de la prochaine itération. En variante, toute autre condition de test peut être mise en oeuvre, pour déterminer si la convergence vers une solution est considérée comme suffisante ou non.According to the embodiment, in each of these two steps E22, E24 solving the system of equations, the mixed linear programming method is used. The models proposed for the different components are compatible with this optimization method. At the end of the second iterative step E24, the method implements an end-of-iteration test step E26, which makes it possible to stop or continue the iterations. By way of example, this test step E26 can comprise the comparison between the different values of the variables of the equation system obtained and those obtained during the previous iteration: if their difference does not exceed a predefined threshold, for example 10 %, this threshold being able to be a parameter of the process established during the step E11, on the last two iterations, then the test is positive and can conclude that the convergence is sufficient and the process then retains these last values obtained as the solution of the system of equations and stops the iterations. Otherwise, the test is negative and steps E22, E24 are again implemented, using the results obtained by this last iteration as initial values of the next iteration. Alternatively, any other test condition may be implemented to determine whether convergence to a solution is considered sufficient or not.

Le procédé peut mettre en oeuvre une étape supplémentaire de test de fiabilité E27 à la fin de la seconde étape itérative E24, qui consiste de même à comparer les valeurs des différentes variables du système d’équation obtenues et celles obtenues lors de l’itération précédente. Si les valeurs diffèrent trop, il peut être considéré que la poursuite des itérations risque de conduire à une solution non robuste. Dans ce cas, le calcul peut être repris en modifiant les valeurs initiales, lors de l’étape d’initialisation E20, ou en proposant une autre méthode de résolution.The method may implement an additional reliability test step E27 at the end of the second iterative step E24, which also consists in comparing the values of the different variables of the equation system obtained and those obtained during the previous iteration. . If the values differ too much, it may be considered that continuation of the iterations may lead to a non-robust solution. In this case, the calculation can be resumed by modifying the initial values, during the initialization step E20, or by proposing another method of resolution.

En fin de procédé, lorsque l’étape de test de fin d’itération E26 permet de conclure à une convergence vers une solution, le procédé peut mettre en oeuvre une étape supplémentaire, optionnelle, de test de robustesse E28. Cette étape consiste à comparer les différentes configurations au voisinage de la solution optimale trouvée : si ces configurations voisines amènent à un critère d’optimisation très dégradé, par exemple un coût élevé, éloigné au-delà d’un seuil choisi par rapport à celui de la solution trouvée, alors cette dernière est considérée comme non robuste et une autre solution est recherchée. La figure 4 illustre particulièrement cette étape de test de robustesse. Elle représente schématiquement l’évolution du coût associé à des systèmes énergétiques en fonction des variables qui varient sur un espace des solutions possibles. La courbe 30 du coût obtenue présente deux valeurs basses C* et C**, respectivement pour les solutions S* et S** : on s’aperçoit que si on s’éloigne très légèrement de la solution S*, le coût augmente très vite fortement, ce qui rend cette solution S* non robuste. Au contraire, la solution S** est beaucoup plus robuste. Cette étape de test de robustesse E28 permet de privilégier une solution de type S** plutôt que S*.At the end of the process, when the end-of-iteration test step E26 makes it possible to conclude that there is convergence towards a solution, the method may implement an additional, optional, robustness test step E28. This step consists of comparing the various configurations in the vicinity of the optimal solution found: if these neighboring configurations lead to a very degraded optimization criterion, for example a high cost, distant beyond a chosen threshold compared to that of the solution found, then the latter is considered as non-robust and another solution is sought. FIG. 4 particularly illustrates this robustness test step. It schematically represents the evolution of the cost associated with energy systems according to variables that vary over a space of possible solutions. The curve 30 of the cost obtained has two low values C * and C **, respectively for the solutions S * and S **: one realizes that if one moves very slightly away from the solution S *, the cost increases very quickly, which makes this solution S * not robust. On the contrary, the solution S ** is much more robust. This robustness test step E28 makes it possible to favor a solution of type S ** rather than S *.

Enfin, le procédé de conception/construction peut comporter une troisième phase P3 de fabrication du système de production énergétique 1. Dans le cas d’un nouveau système, l’unité de gestion peut alors automatiquement transmettre des ordres de commande des différents composants du système par un moyen de communication vers une entité de fabrication desdits composants, en lui transmettant naturellement les valeurs de dimensionnement obtenues. Elle participe alors à une étape E31 de fabrication d’un système de production énergétique. Dans le cas de l’amélioration, de modification d’une installation existante, elle peut éventuellement agir par des actionneurs sur les composants existants, de sorte à les modifier automatiquement vers la nouvelle configuration obtenue, par exemple en désactivant certains panneaux photovoltaïques. En variante ou complément, le procédé de l’invention peut être utilisé pour le pilotage du système hybride seulement. L’unité de dimensionnement 20 agit alors comme une unité de pilotage, et agit sur le plan de production pour modifier les variables d’état du système de production énergétique pour l’utiliser de manière plus optimisée. Dans ce dernier cas, elle agit comme une unité de gestion d’un système de production énergétique et met en œuvre une étape de pilotage E32 dudit système de production énergétique. Avantageusement, elle utilise les mêmes algorithmes et modèles que ceux utilisés pour le dimensionnement, pour calculer les données d’opération pour le pilotage du système. L’invention porte aussi sur un dispositif de fabrication d’un système de production énergétique 1 mixte, comprenant une unité de gestion 20 comprenant un moyen logiciel et une mémoire électronique, et qui met en oeuvre le procédé de conception/construction d’un système de production énergétique 1 mixte tel que décrit précédemment. Elle porte aussi sur un support d’enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre des étapes du procédé tel que décrit précédemment. Cette étape de pilotage correspond à l’activation d’une partie seulement de l’ensemble de la méthode utilisée pour le dimensionnement : les variables de dimensionnement sont figées et les variables d’état et d’échange sont recalculées, formant des données d’opération du système, cette fois sur un horizon plus court que pour le dimensionnement. La mise en forme des données peut être réalisée de manière périodique, à chaque fois qu’est réalisée une optimisation de la stratégie. Dans ce calcul, des paramètres comme des données de prévision météorologiques qui couvrent la période relative à l’optimisation pour le pilotage, par exemple entre 12h et 48h, sont utilisées. L’invention porte aussi sur un système de production énergétique 1 mixte, par exemple tel qu’illustré sur la figure 1, comprenant par exemple au moins un dispositif de production d’énergie intermittente 2, 3 et au moins un dispositif de stockage d’énergie 5, et intégrant une unité de gestion 20 qui met en oeuvre tout ou partie du procédé décrit précédemment pour le pilotage du système de production énergétique 1 mixte, notamment par le calcul des variables d’état et/ou d’échange. Cette unité de gestion 20 peut aussi mettre en oeuvre le procédé pour un calcul d’optimisation du système, et proposer une transformation de l’architecture du système de production énergétique 1 mixte pour améliorer son optimisation. Cette modification peut par exemple être mise en oeuvre si les critères d’optimisation changent, ou si des paramètres météorologiques ou géographiques évoluent.Finally, the design / construction process may comprise a third phase P3 for manufacturing the energy production system 1. In the case of a new system, the management unit can then automatically transmit control commands of the various components of the system. by means of communication to a manufacturing entity of said components, naturally transmitting the dimensioning values obtained. It then participates in a step E31 of manufacturing an energy production system. In the case of improvement, modification of an existing installation, it can possibly act by actuators on the existing components, so as to automatically modify them to the new configuration obtained, for example by deactivating certain photovoltaic panels. As a variant or complement, the method of the invention can be used for controlling the hybrid system only. The sizing unit 20 then acts as a control unit, and acts on the production plane to modify the state variables of the energy production system to use it more optimally. In the latter case, it acts as a management unit of an energy production system and implements a control step E32 of said energy production system. Advantageously, it uses the same algorithms and models as those used for sizing, to calculate the operation data for controlling the system. The invention also relates to a device for manufacturing a mixed energy production system 1, comprising a management unit 20 comprising a software means and an electronic memory, and which implements the method of designing / building a system of mixed energy production 1 as described above. It also relates to a data recording medium readable by a computer on which is recorded a computer program comprising software means for implementing the steps of the method as described above. This control step corresponds to the activation of only part of the whole of the method used for the dimensioning: the dimensioning variables are fixed and the state and exchange variables are recalculated, forming data of operation of the system, this time on a shorter horizon than for sizing. The formatting of the data can be done periodically, whenever an optimization of the strategy is performed. In this calculation, parameters such as weather forecast data that cover the period relating to optimization for driving, for example between 12h and 48h, are used. The invention also relates to a mixed energy production system 1, for example as illustrated in FIG. 1, comprising, for example, at least one intermittent energy generating device 2, 3 and at least one storage device. energy 5, and integrating a management unit 20 which implements all or part of the method described above for controlling the mixed energy production system 1, in particular by calculating the state and / or exchange variables. This management unit 20 can also implement the method for a system optimization calculation, and propose a transformation of the architecture of the mixed energy production system 1 to improve its optimization. This modification can for example be implemented if the optimization criteria change, or if meteorological or geographical parameters change.

Claims (12)

Revendicationsclaims 1. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte comprenant au moins un dispositif de production d’énergie intermittente (2, 3) et éventuellement au moins un dispositif de stockage d’énergie (5), comprenant une première phase (P1) de mise en équations déterminant un système d’équations représentant un problème d’optimisation, caractérisé en ce que le système d’équations utilise des variables de dimensionnement, des variables d’état et des variables d’échange et en ce que le procédé comprend une seconde phase (P2) de résolution du système d’équations, mise en oeuvre par une unité de gestion (20) se présentant sous la forme d’au moins un calculateur, sur lequel est installé un programme d’ordinateur, qui comprend les étapes suivantes : (E22) : première étape itérative de calcul des variables d’état et d’échange du système d’équations en considérant les variables de dimensionnement du système d’équations à une valeur fixe ; (E24) : seconde étape itérative de calcul des variables de dimensionnement du système d’équations en considérant les variables d’état et d’échange à une valeur fixée à leur valeur obtenue par la première étape itérative ; (E26) : étape de test de fin d’itération, et répétition des deux étapes itératives (E22, E24) si le test est négatif, en fixant pour la première étape itérative (E22) les valeurs des variables de dimensionnement aux valeurs obtenues par la seconde étape itérative (E24), et considération de la solution obtenue en fin des deux dernières étapes itératives (E22, E24) si le test est positif, et en ce que le procédé comprend une troisième phase (P3) de fabrication du système de production énergétique (1) mixte conçu par la mise en oeuvre des deux premières phases (P1, P2) du procédé.A method of manufacturing a mixed energy production system (1) comprising at least one intermittent energy generating device (2, 3) and optionally at least one energy storage device (5), comprising a first phase (P1) of equations determining a system of equations representing an optimization problem, characterized in that the system of equations uses dimensioning variables, state variables and exchange variables and in that the method comprises a second phase (P2) solving the equation system, implemented by a management unit (20) in the form of at least one computer, on which is installed a computer program , which comprises the following steps: (E22): iterative first step of calculating the state and exchange variables of the system of equations by considering the sizing variables of the system of equations at a fixed value; (E24): second iterative step of calculating the sizing variables of the system of equations by considering the state and exchange variables at a value fixed at their value obtained by the first iterative step; (E26): end of iteration test step, and repetition of the two iterative steps (E22, E24) if the test is negative, setting for the first iterative step (E22) the values of the dimensioning variables to the values obtained by the second iterative step (E24), and consideration of the solution obtained at the end of the last two iterative steps (E22, E24) if the test is positive, and in that the method comprises a third phase (P3) of manufacturing the control system. mixed energy production (1) designed by the implementation of the first two phases (P1, P2) of the process. 2. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de pilotage (E32) du système de production énergétique (1) mixte, en utilisant tout ou partie du système d’équations de la première phase (P1) pour déterminer les valeurs d’état et d’échange formant les données d’opération du système.2. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to the preceding claim, characterized in that it comprises a control step (E32) of the mixed energy production system (1), using all or part of the system of equations of the first phase (P1) to determine the state and exchange values forming the operating data of the system. 3. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’initialisation (E20) en début de la seconde phase (P2) consistant à attribuer des valeurs initiales aux variables de dimensionnement avant la première exécution des deux étapes itératives (E22, E24).3. A method for manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an initialization step (E20) at the beginning of the second phase (P2) of assigning initial values to the sizing variables before the first execution of the two iterative steps (E22, E24). 4. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’équations utilise tout ou partie des variables suivantes : - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la puissance installée d’un dispositif de production d’énergie intermittente (2, 3) ; et/ou - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la capacité d’un dispositif de stockage d’énergie (5) ; et/ou - au moins une variable de dimensionnement correspondant à la puissance installée d’un groupe électrogène (4) ; et/ou - au moins une variable d’état d’un dispositif de stockage d’énergie (5) consistant en une variable booléenne permettant de caractériser respectivement l’état en charge et l’état en décharge dudit dispositif de stockage d’énergie (5) ; et/ou - au moins une variable d’état d’un groupe électrogène (4) consistant en une variable booléenne permettant de caractériser respectivement l’état en marche ou non dudit groupe électrogène (4) ; et/ou - au moins une variable d’échange par composant du système de production énergétique (1) consistant en une énergie produite et/ou stockée et/ou échangée par chacun desdits composants.4. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the system of equations uses all or part of the following variables: - at least one dimensioning variable corresponding to the installed capacity of an intermittent energy generating device (2, 3); and / or - at least one dimensioning variable corresponding to the capacity of an energy storage device (5); and / or - at least one dimensioning variable corresponding to the installed power of a generator (4); and / or - at least one state variable of a power storage device (5) consisting of a Boolean variable for respectively characterizing the charging state and the discharging state of said energy storage device (5); and / or - at least one state variable of a generator set (4) consisting of a Boolean variable making it possible to respectively characterize the on state or not of said generator set (4); and / or - at least one exchange variable per component of the energy production system (1) consisting of an energy produced and / or stored and / or exchanged by each of said components. 5. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système d’équations représente un problème d’optimisation qui intègre une condition d’optimisation parmi : - la minimisation du coût global du système de production énergétique (1) mixte ; ou - la minimisation des rejets en C02 du système de production énergétique (1) mixte ; ou - la maximisation de la production énergétique du système de production énergétique (1) mixte par un ou plusieurs dispositif(s) de production d’énergie intermittente (2, 3).5. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the system of equations represents an optimization problem which integrates an optimization condition among: - the minimizing the overall cost of the mixed energy production system (1); or - the minimization of C02 emissions from the mixed energy production system (1); or - maximizing the energy production of the mixed energy production system (1) by one or more intermittent energy generating devices (2, 3). 6. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde phase (P2) comprend une étape de test de robustesse (E28) permettant de déterminer si une solution obtenue en fin de seconde phase est robuste, et en ce qu’il engage la recherche d’une autre solution si le test détermine que la solution n’est pas robuste.6. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second phase (P2) comprises a robustness test step (E28) to determine if a solution obtained at the end of the second phase is robust, and in that it initiates the search for another solution if the test determines that the solution is not robust. 7. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde phase (P2) comprend une étape de test de fiabilité (E27) pendant les étapes itératives, consistant à vérifier si les valeurs obtenues entre différentes itérations sont suffisamment proches pour considérer qu’il va y avoir une convergence vers une solution, c’est-à-dire ne sont pas éloignées entre elles au-delà d’un seuil prédéfini.7. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second phase (P2) comprises a reliability test step (E27) during the iterative steps, consisting of to check if the values obtained between different iterations are sufficiently close to consider that there will be a convergence towards a solution, that is to say are not distant from each other beyond a predefined threshold. 8. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première phase (P1) de mise en équations comprend une étape (E12) de mise en équations qui comprend la lecture et la transmission depuis une mémoire électronique d’un modèle mathématique pour chaque composant du système de production énergétique (1) mixte envisagé.8. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first phase (P1) of equations comprises a step (E12) of equations which comprises reading and transmission from an electronic memory of a mathematical model for each component of the envisaged mixed energy production system (1). 9. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mémoire électronique comprend un modèle mathématique pour chacun des composants suivants : - un dispositif de production d’énergie photovoltaïque (2) ; - un dispositif de production d’énergie éolienne (3) ; - un groupe électrogène (4) ; - un dispositif de stockage d’énergie (5) ; - un ou plusieurs composants consommateurs d’énergie (11) ; - un réseau de distribution d’énergie externe.9. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to the preceding claim, characterized in that the electronic memory comprises a mathematical model for each of the following components: - a photovoltaic power generation device (2) ; - a device for producing wind energy (3); - a generator (4); an energy storage device (5); one or more energy consuming components (11); - an external energy distribution network. 10. Procédé de fabrication d’un système de production énergétique (1) mixte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première phase (P1) comprend une étape d’acquisition (E11) de données numériques représentant des paramètres du système d’équations, cette étape comprenant des transmissions de données numériques depuis l’extérieur par des dispositifs de communication distants et/ou des saisies par une interface homme machine, ces données numériques comprenant : - des données numériques représentant des prévisions météorologiques ; - des données numériques représentant des informations géographiques du territoire concerné ; - des données numériques représentant des besoins futurs en énergie ou des souhaits de production future d’énergie.10. A method of manufacturing a mixed energy production system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first phase (P1) comprises a step of acquisition (E11) of digital data representing parameters of the system of equations, this step comprising transmissions of digital data from outside by remote communication devices and / or seizures by a human machine interface, said digital data comprising: digital data representing meteorological forecasts; - digital data representing geographical information of the territory concerned; - digital data representing future energy needs or wishes for future energy production. 11. Support d’enregistrement de données lisible par un calculateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre des étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 10.11. Data storage medium readable by a computer on which is recorded a computer program comprising software means for implementing the steps of the method according to one of claims 1 to 10. 12. Système de production énergétique (1) mixte comprenant au moins un dispositif de production d’énergie intermittente (2, 3) et éventuellement au moins un dispositif de stockage d’énergie (5), caractérisé en ce qu’il comprend une unité de gestion (20) qui met en œuvre tout ou partie du procédé selon l’une des revendications 1 à 10 pour la conception, fabrication et dimensionnement du système de production énergétique (1) mixte d’une part ou le pilotage du système de production énergétique (1) mixte d’autre part.12. Mixed energy production system (1) comprising at least one intermittent energy generating device (2, 3) and possibly at least one energy storage device (5), characterized in that it comprises a unit management system (20) which implements all or part of the method according to one of claims 1 to 10 for the design, manufacture and dimensioning of the mixed energy production system (1) on the one hand or the control of the production system energy (1) mixed on the other hand.
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