Développement du système de gestion d`énergie

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Rapport final sur le WP 3.6: Développement du système de
gestion d’énergie
CONTENTS
LISTE DES SYMBOLES ........................................................................................................................2
1 Résumé .............................................................................................................................................3
2 Introduction ......................................................................................................................................3
2.1 Définition ............................................................................................................................. 3
2.2 Avantage de la gestion d'énergie dans un système de cogénération .................................... 3
3 Objectifs de la gestion d’énergie ......................................................................................................3
4 Approche ..........................................................................................................................................4
4.1 Système CHP en mode de fonctionnement isolé ................................................................. 4
4.1.1 Système de gestion d’énergie de cogénération utilisant la logique Floue- FLC ......... 4
4.2 Gestion de l'énergie en mode connecté au réseau............................................................... 5
4.2.1 Système de gestion de l'énergie de cogénération (CHP-EMS) .................................... 5
4.3 Gestion de l'énergie de cogénération dans un système en micro-réseau MG ..................... 6
4.3.1 Système de gestion de l'énergie dans un MG (MG-EMS) ........................................... 7
4.3.1.1 Fonction de coût ...................................................................................................... 7
5 Résultats et Analyse ..........................................................................................................................7
5.1 Résultats de la cogénération CHP en mode de fonctionnement isolé ................................. 7
5.1.1 Profil de charge: .......................................................................................................... 7
5.1.2 Profil de la tension de charge ...................................................................................... 8
5.1.3 Profil de la puissance de charge .................................................................................. 8
5.1.4 Définition des coûts ..................................................................................................... 8
5.2 Résultats de l'énergie de cogénération en mode connecté au réseau .................................. 9
5.2.1 Profil de charge: .......................................................................................................... 9
5.2.2 Entrées et sorties du moteur de cogénération ............................................................ 10
5.2.3 Profil de puissance ..................................................................................................... 10
5.3 Résultats de la cogénération CHP dans un système en micro-réseau MG ....................... 10
6 Références ......................................................................................................................................11

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LISTE DES SYMBOLES
MG
Micro-réseau
EMS
Système de gestion de l'énergie
SG
Générateur synchrone
PL
Puissance active de la charge
QL
Puissance réactive de la charge
FC
Pile à combustible
CHP
Cogénération
DER
Ressources énergétiques distribuées
ESS
Système de stockage d'énergie
HRS
Système de récupération de chaleur
FLC
Contrôleur logique floue
SSCHP
Micro-cogénération
GA
algorithme génétique
Qg
Puissance réactive du réseau
Pg
Puissance active du réseau
PI
Contrôleur proportionnel-intégral
Ki
Gain intégral du régulateur
Kp
Le gain proportionnel du régulateur
t
Temps
Le nombre de générateurs Distribués
Le nombre d’unités de stockage Distribués
Tarif de l’énergie produite par les générateurs distribués
Etat de marche-arrêt des générateurs distribués
Le coût de démarrage des générateurs
Tarif de l’énergie de stockage
Etat de marche-arrêt des batteries
Puissance du générateur distribué
Puissance de la batterie
Grille tarifaire du réseau principal d'alimentation
Grille tarifaire de vente pour le réseau principal d'alimentation
Grille tarifaire d’achat pour le réseau principal d'alimentation

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1 RESUME
L'UCBN présente dans ce rapport, le système de gestion d'énergie (EMS) pour la cogénération
opérant en mode connecté au réseau et en mode isolé à l'aide de contrôleur à logique floue. En
outre, la gestion d'énergie d'unités CHP-FC fonctionnant en micro-réseau (MG) est illustrée et
analysée dans le détail. Pour le mode autonome de fonctionnement, le système vise à satisfaire la
demande à la fois en termes d'énergie électrique et thermique. En ce qui concerne le mode connecté
au réseau, le système de cogénération est étudié avec réseau de distribution de type alternatif AC.
Dans cette situation, le CHP est supposé fonctionner avec une demande de charge constante. Enfin,
le rôle principal de MG-EMS est de déterminer de manière autonome heure par heure l’énergie
nécessaire optimale fournie par le micro-réseau MG et le réseau principal pour satisfaire les besoins
de la demande de la charge.
2 INTRODUCTION
L'objectif principal de WP3.6 est d'élaborer une stratégie de gestion de l'énergie afin de gérer et
d'optimiser l'utilisation de celle-ci et de réduire les coûts et les déchets sans affecter la production et la
qualité.
2.1 Définition
La stratégie de réglage et d'optimisation de l'énergie s’effectue en utilisant des systèmes et des
procédures de façon à réduire les besoins en énergie par unité de production tout en maintenant
constants ou en réduisant les coûts totaux de production de l’énergie de ces systèmes. En outre, elle
peut être définie comme l'utilisation judicieuse et efficace de l'énergie pour maximiser les profits
(minimiser les coûts) et améliorer la compétitivité.
2.2 Avantage de la gestion d'énergie dans un système de cogénération
 Optimiser la disponibilité de l'alimentation du client (par exemple, répondre à la
demande instantanée aux besoins du consommateur).
 Réduire les facteurs économiques (par exemple, les coûts de carburant, les coûts
d'exploitation et de maintenance, les coûts Start-up/Shut-down, etc).
 Réduire l'impact environnemental dans l’exploitation des générateurs (par exemple,
les émissions, le bruit, les déchets dangereux, etc).
 Maximiser l'efficacité totale du générateur (par exemple KWh générés par rapport aux
combustibles consommés kJ).
3 OBJECTIFS DE LA GESTION D’ENERGIE
 Pour atteindre et maintenir l'approvisionnement en énergie et son utilisation optimale,
à travers toute la chaîne.
 Pour minimiser les coûts de l'énergie / déchets sans affecter la production et sa qualité.
Pour réduire la dépendance aux importations.
 Pour renforcer la sécurité énergétique, la compétitivité économique et la qualité de
l’environnement.

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4 APPROCHE
4.1 Système CHP en mode de fonctionnement isolé
L'objectif principal de ce WorkPage est la mise au point d’un système de gestion de d'énergie
efficace (SME) pour l'unité de cogénération. L'EMS (Energy Management System) pour un système
de cogénération est présentée sur la figure 1, qui montre une représentation détaillée des principaux
éléments [1-2].
Ce système visant à satisfaire la demande d'énergie électrique et thermique d'une charge en
fonctionnement isolé, autonome comprend : (I) un moteur de cogénération, (II) un générateur
synchrone (SG), (III) un système de récupération de chaleur (HRS), (V) la demande de la charge
(besoins). Le générateur transforme l'énergie mécanique qui est transmise par l'arbre du moteur en une
énergie électrique. La quantité de puissance active (PL) et la puissance réactive (QL) est fournie pour
la charge en fonction des exigences de celle-ci. La chaleur résultant de la combustion est utilisée pour
la préparation du processus de chauffage. Les gaz d'échappement de combustion sont utilisés comme
une source de chaleur pour la chaudière qui en fournit à un réseau de chauffage. La Figure 1 montre la
configuration du système pour répondre aux besoins de la charge en mode isolé. Différents EMS sont
utilisés pour contrôler la consommation de carburant en fonction des besoins de la charge électrique et
de l'offre avec une tension de charge et la fréquence constante, sans l’utilisation de systèmes de
conversion d’électronique de puissance.
Figure 1 : Système de génération SSCHP en mode isolé
4.1.1 Système de gestion d’énergie de cogénération utilisant la logique Floue- FLC
Le SGE utilisant le contrôleur à logique floue (FLC) fournit un moyen de commande efficace
décrivant le comportement du système non linéaire. Contrairement aux contrôleurs classiques, le FLC
vise à modéliser les modes imprécis du raisonnement humain et la prise de décision, qui sont
essentiels pour prendre des décisions rationnelles dans des situations d'incertitude et d'imprécision. En
d'autres termes, le FLC est une approche sans modèle, et elle ne dépend pas d'un modèle du système à
commander. Les approches sans modèle permettent l’utilisation de contrôleurs avec une conception
simple, lorsque l'obtention d'un modèle mathématique du système est parfois une tâche très
compliquée. La Figure 2 montre le système de gestion d'énergie de cogénération en mode autonome à
l'aide de la FLC.

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Figure 2 : Gestion d’énergie dans un système à base de CHP en mode isolé utilisant la logique floue FLC
4.2 Gestion de l'énergie en mode connecté au réseau
Le système de cogénération étudié est maintenant connecté avec le réseau AC. Dans cette situation,
le CHP est supposé fonctionner à l’aide d’une charge à profil constant. Cela permet au système
fonctionnant en présence du système de micro-cogénération SS-CHP, un niveau de rendement élevé
et constant. Si l'alimentation électrique de cogénération (PCHP) ne répond pas à la demande des
besoins de la charge électrique (PL), l'électricité supplémentaire dont nous avons besoin est achetée
sur le réseau de distribution (EDF) (Pg) [3-5]. Lorsque la production d’électricité du système SSCHP
est excédentaire, elle peut être stockée dans des dispositifs de stockage de l'électricité ou injecté dans
le réseau jusqu'à ce que la cogénération atteigne sa capacité, comme indiqué figure 3.
Figure 3 : Gestion d’énergie dans le générateur CHP en mode connecté au réseau
4.2.1 Système de gestion d'énergie de cogénération (CHP-EMS)
Sur la base du schéma de principe de la stratégie de contrôle présenté sur la Fig.4, le système
d'alimentation électrique proposé est simulé en utilisant Matlab / Simulink. La méthodologie du mode
connecté au réseau se distingue par le fait que les variables sont contrôlées par le variateur. Autrement
dit, les puissances (Pg et Qg) doivent suivre la référence de puissance active et réactive (Pref, Qref).
Ces valeurs de référence sont égales à la différence entre la puissance SSCHP (PCHP) et la puissance
de charge (PL). Les pertes de commutation et de conduction sont très petites. Par conséquent, ces
pertes sont négligeables. Il en résulte donc que PCHP = Pinv (puissance de sortie de l'onduleur).