Stratégie d’optimisation de l’énergie produite par les panneaux

Après avoir étudié l’impact de l’injection des sources d’énergie renouvelables sur un seul nœud, nous nous intéressons maintenant à l’injection des sources d’énergie renouvelables sur plusieurs nœuds à la fois. La question qui se pose ici : l’injection multi-nœud nous permet-elle d’utiliser la même stratégie que dans le cas de l’injection sur un seul nœud? Si non, quelle stratégie doit-on adopter pour déterminer la puissance optimale des systèmes PV sur les nœuds ? Nous pourrions prendre un exemple avec une injection de puissance sur deux nœuds à la fois. Nous choisissons ici d’intégrer les sources EnRs dans les nœuds No

3 et N^o4. Le système EnR en chaque nœud est identique en termes de dimensionnement (surface PV, capacité installée de batterie et les calibres en courant des convertisseurs).

Vu que la tension aux nœuds se modifie lorsqu’il y a une puissance injectée sur un nœud donné, nous ne pouvons pas utiliser la stratégie précédente en l’appliquant simplement sur chaque nœud car les nœuds sont électriquement couplés. Injecter une puissance à un nœud « i » modifie le profil de la puissance à injecter au nœud « j » et vis-et-versa. Il faut penser donc à une nouvelle stratégie permettant d’optimiser la puissance générée par le système PV installé sur deux nœuds. Dans tous les cas, nous devons toujours respecter les contraintes définies par le plan tension pour chaque nœud ainsi que le courant maximal admissible dans chaque branche.

Par ailleurs, nous rajoutons une contrainte sur le système de stockage. C’est-à-dire que l’état de charge (SOC) de l’accumulateur doit respecter une tolérance afin que la batterie opère avec efficacité. Autrement dit, le SOC à chaque instant doit toujours rester entre deux bornes SOCmin et SOCmax.

Nous scindons le fonctionnement du système PV en deux périodes pendant la journée: période avec le soleil (λ > 0) et celle sans soleil (λ = 0). Cette nouvelle stratégie consiste à optimiser la production PV (avec délestage possible) et la puissance de charge/décharge de la batterie en chaque nœud de ce réseau. Elle dépend de la valeur de l’état de charge de la batterie à chaque instant. Ici nous présentons quelques scénarii en fonction de la valeur de l’état de charge de la batterie à l’instant t. D’après la thèse de Yaël Thiaux, la batterie opère dans de bonnes conditions si elle reste dans un état de charge compris entre 0,3 (SOCmin) et 0,9 (SOCmax). On suppose que la batterie est pleine lorsque la valeur du SOC est de 0,9 et qu’elle est vide pour un SOC de 0,3.

Dans la partie précédente, les deux modèles Puiss_réseau et PVbat_sim sont séparés. Le modèle Puiss_réseau est appliqué pour calculer une puissance injectée maximale et minimale acceptable en respectant les contraintes du réseau. Après, ces puissances sont utilisées comme

les contraintes utilisant pour des puissances produites par le système PV dans le modèle PVbat_sim. Cependant, dans cette partie, les deux modèles Puiss_réseau et PVbat_sim sont couplés. Ca veut dire qu’un modèle dépend de l’autre. Le modèle Puiss_réseau nous permet de calculer les puissances nécessaires en respectant les contraintes du réseau. Ces puissances sont ensuite entrées dans le modèle PVbat_sim pour calculer le profil de puissance produit par le système PV.

La fonction dans le modèle Puiss_réseau est modifiée en fonction de l’état de charge de la batterie. Cette fonction permet de :

- Calculer une puissance injectée maximale fournie par tous les systèmes PV connectés au réseau (« n » est nombre de nœuds ou injectent les sources renouvelables)

∑

(4-13)

- Calculer une puissance injectable minimale produite par tous les systèmes PV ;

∑

(4-14)

- Calculer une puissance injectable maximale fournie par une partie des systèmes PV dans le réseau (« m » est nombre de nœuds parmi « n » nœuds)

∑

(4-15)

Par ailleurs, les contraintes entrées dans le modèle Puiss_réseau sont aussi dépendantes de l’état de charge de la batterie. Elles sont exprimées comme suit :

- Contraintes du réseau : { | | | | | | (4-16)

- Contraintes du réseau et des sources d’énergie renouvelables :

{ | | | | | | (4-17)

La figure présente la stratégie d’optimisation de la puissance délivrée par le système PV dans le cas de l’injection des sources d’énergie renouvelables sur multi-nœuds. Dans notre étude, nous avons choisi d’injecter le système PV dans des nœuds 3 et 4 ( ).

1. Toutes les batteries sont pleines avec du soleil (voir la ligne jaune sur la Fig. 4-27) comme par exemple SOC_temps(t) = [0,9 0,9].

Lorsque la batterie est pleine, elle ne peut plus se charger. A cet instant, avec un ensoleillement important, la puissance injectée totale est maximisée en respectant les contraintes dans le réseau; et la puissance injectée sur chaque nœud doit être inférieure à la puissance produite maximale par les panneaux PVs après le hacheur ( ). En appliquant la fonction "fmincon" de MATLAB, nous définissons une fonction objectif (voir l’équation (4-13)) sous les contraintes du réseau et du système PV représentée par l’équation (4-17). Si la puissance injectée PGi est inférieure à la puissance maximale du PV, la puissance délivrée par le PV et celle délivrée par la batterie peuvent se calculer à partir des expressions suivantes :

{

^(4-18)

Si on ne peut pas satisfaire les contraintes exprimées par l’équation (4-17), cela peut signifier que l’éclairement est faible et que la demande des consommateurs est importante. La fonction objectif est alors modifiée pour minimiser la puissance injectée totale sur les nœuds au lieu de la maximiser (voir l’équation (4-14)). De la même manière que précédemment, le plan de tension et le courant de ligne sont vérifiés, et la puissance injectée réelle dans chaque nœud doit être inférieure à la puissance maximale du PV ( ) (représenté par l’équation (4-17)). Puisque la puissance PGi est inférieure à la puissance PV maximale, les puissances délivrées par le PV et par la batterie sont calculés par l’équation (4-18).

Si on ne peut toujours pas satisfaire le plan tension ou le courant de ligne ou la puissance injectée dans chaque nœud, la puissance produite par les panneaux PVs n’est pas suffisante pour compenser la chute de tension. C’est-à-dire que la batterie doit se décharger dans le réseau avec les panneaux afin de satisfaire les contraintes de tolérance autorisée de tension et le courant maximal de ligne. Ici nous ne mettons pas de contraintes sur la puissance injectée dans les nœuds sélectionnés car la puissance injectée peut-être la somme de puissance produite par les PVs et de la puissance de la batterie. Les puissances fournies par le PV et par la batterie sont exprimées dans l’équation ci-dessous :

{ { (4-19 )

2. Une des batteries est pleine avec du soleil (voir la ligne rose sur la Fig. 4-27 comme par exemple SOC_temps(t) = [0,5 0,9].

Dans ce cas, il y a une des batteries qui est pleine (ici la batterie du nœud 4), la fonction objectif reste de minimiser la puissance injectée sur le nœud quand la batterie n’est pas pleine

(minimiser la puissance injectée du système PV + batterie sur le nœud 3). Dans le cas où l’on considère deux nœuds, PG3 est minimisée avec des contraintes sur le plan de tension, sur le courant de ligne et sur la puissance injectée de chaque nœud sélectionné.

L’optimisation ici est de générer une puissance injectée maximale au nœud 4 (où la batterie est pleine) et de minimiser la puissance injectée au nœud 3 (où la batterie n’est pas pleine) (voir l’équation (4-15)). La différence entre la puissance injectée et la puissance produite maximale du nœud 3 est utilisée pour charger la batterie. Les puissances produites par les panneaux PVs sont maximisés à cet instant. Lorsque la puissance produite par le système PV + batterie sur le nœud 4 a été générée, elle va permettre de réduire la puissance injectée sur le nœud 3 dans le réseau. Quand nous imposons des contraintes sur les puissances injectées limites pour chaque nœud (équation (4-17)), la fonction objectif va renvoyer la puissance injectée maximale sur le nœud 4 afin de minimiser la puissance injectée sur le nœud 3. Les puissances fournies par le PV et par la batterie sur chaque nœud sont exprimées dans l’équation ci-dessous : { ( (4-20)

Si elle ne peut pas satisfaire ces contraintes, la fonction objectif est modifiée afin de minimiser la puissance injectée totale des nœuds au lieu de minimiser la puissance injectée sur le nœud où la batterie n’est pas pleine. Le plan de tension et le courant passant dans les branches sont vérifiés et la puissance injectée réelle dans chaque nœud doit être inférieure à la puissance . Puisque la puissance P_Gi est inférieure à la puissance maximale du PV, les puissances délivrées par le PV et par la batterie sont calculées à partir de l’équation (4-20). Si on ne peut toujours pas satisfaire le plan de tension ou le courant passant dans les branches ou la puissance injectée dans chaque nœud, la puissance produite par les panneaux PVs ne suffit pas pour compenser la chute de tension. C’est-à-dire que la batterie doit se décharger dans le réseau avec les panneaux afin de satisfaire les contraintes de tolérance autorisée de tension ainsi que le courant maximal passant dans les branches. Ici nous ne mettons pas de contraintes sur la puissance injectée dans les nœuds sélectionnés car la puissance injectée peut être la somme de la puissance produite par les PVs et de la puissance de la batterie. Les puissances fournies par le PV et par la batterie sont exprimées dans l’équation ci-dessous :

- Nœud 3 :

{

(

- Nœud 4 : { { (4-22)

3. Toutes les batteries sont soit ni pleines ni vides (la ligne verte sur la Fig. 4-27 comme par exemple SOC_temps(t) = [0,6 0,7]) soit inférieure à l’état de charge minimal, SOCmin (la ligne violet sur la Fig. 4-27 comme par exemple SOC_temps(t) = [0,28 0,27] ) avec ou sans soleil :

A cet instant, toutes les batteries sont dans un état de charge intermédiaire (

). L’objectif est de satisfaire les contraintes de chute de tension et le courant dans les branches, et de charger les batteries si c’est possible. Ainsi la fonction objectif est de minimiser la puissance injectée dans les nœuds. Et les panneaux PV vont générer des puissances maximales en considérant la fonction (4-14) avec les contraintes (4-16). Elles permettent de compenser la chute de tension et aussi de recharger la batterie. Les puissances fournies par le PV et par la batterie sont exprimées ci-dessous :

{

(

(4-23)

S’il n’y a pas le soleil ( ), la stratégie est de générer une puissance injectée totale minimale comme dans le cas précédant (le SOC entre le SOCmax et le SOCmin). Car cette puissance est fournie par les batteries. Dans notre étude, les batteries sont utilisées lorsque le soleil est faible ou nul. C’est pourquoi lorsque l’optimisation, l’objectif est de minimiser la puissance déchargée par les batteries et de maximiser la puissance chargée (toujours par les batteries). Avec les panneaux PVs, s’il y a le soleil, la puissance générée est toujours maximale.