Gestion de la charge

La flexibilité de la demande est une problématique importante des réseaux intelligents car c’est un moyen de gérer l’équilibre offre demande (ou une contrainte locale) sans faire appel à des moyens de production couteux ou polluants, ou de gérer des contraintes locales (tension ou congestion). Nous avons commencé à nous intéresser à cette question (N. Saker, 2009-2013) sous l’angle d’un agrégateur qui piloterait un parc de charges thermiques pour offrir à la baisse un bloc de puissance constante pendant une durée donnée. L’objectif était double, d’une part limiter la dégradation du confort en limitant la durée d’interruption, et d’autre part maitriser le pic de surconsommation après la phase d’effacement (cold load pick-up). Dans ces travaux nous avons eu une approche bottom-up en partant de modèles équivalent électro-thermique (avec des cellules RC) des charges (chauffages électriques et chauffe-eau) pour en déduire le comportement d’un parc. Ces travaux ont été poursuivis pour évaluer l’apport de ces charges pilotables pour la gestion du plan de tension d’un réseau de distribution HTA radial (thèse de Y. He). Une attention particulière a été portée à la caractérisation de la flexibilité. Une approche simplifiée a d’abord été considérée avec un bloc d’effacement suivi par un bloc de rebond. Dans un second temps des charges thermiques ont été utilisées en les supposant pilotables par un agrégateur. Celui-ci connait leur état (ON ou OFF) et est en mesure de les commuter. Sur cette base une stratégie file prioritaire a été mise en place. Les caractéristiques de flexibilité de la demande ont été formalisées et introduites dans l’optimisation du réglage de tension d’un réseau HTA.

Les véhicules électriques (VE) peuvent aussi constituer un bon exemple de charges flexibles. Les interactions entre les VE et le système électrique sont le sujet de plusieurs travaux, en particulier avec les constructeurs automobile, Renault et PSA. Vu du réseau, ces véhicules sont des éléments de stockage distribués et mobiles qui peuvent être pilotés pour ne pas générer de contraintes, mais aussi pour lever des contraintes sur le réseau. Il peut y avoir un pilotage de la recharge (grid-to-vehicle) mais aussi un soutien au réseau avec la possibilité de décharger partiellement la batterie (vehicle-to-grid).

Dernièrement deux thèses ont été soutenues dans le cadre du partenariat avec Renault : Olivier Beaude (2011-2015) et Thomas Gaonac’h (2011-2015). La thèse de Th Gaonac’h traite de la planification et du dimensionnement des réseaux de distribution d’électricité en prenant en compte une pénétration importante des véhicules électrifiés. La métrique utilisée est le dimensionnement en courant des liaisons. Celui-ci est fait sur un critère économique, qui prend en compte le coût fixe (investissement) et les coûts variables (pertes) sur la durée de vie de l’ouvrage. Cette métrique permet d‘évaluer les gains obtenus par des stratégies de gestion optimisée de la recharge. La thèse d’Olivier Beaude a permis de développer des outils mathématiques basés sur la théorie des jeux pour les appliquer à l’optimisation distribuée de la recharge de véhicules électrifiés. Il a ainsi montré que les algorithmes de « dynamique de meilleure réponse » donnent des résultats comparables aux algorithmes d’optimisation centralisée pour les problèmes où l’état passé d’une installation entre en jeu. Une des nombreuses applications a concerné l’étude des transformateurs de distribution, dont le vieillissement dépend du niveau de charge actuel, qui peut augmenter avec la recharge de VE, mais aussi des états passés en raison de l’inertie thermiques de ce composant. Un second volet de sa thèse a permis de quantifier les informations à échanger entre automates de gestion de la recharge afin de réaliser une optimisation distribuée.

Les travaux menés avec PSA l’ont été dans le cadre de la Chaire Armand Peugeot. Nous travaillons sur la valorisation des services apportés par une flotte (régulation de fréquence, réserve de puissance) gérée par un agrégateur. Cela passe par une modélisation de la flotte ainsi qu’une analyse des cadres réglementaires et modes de rémunération des services dans les pays cibles. Les premiers travaux ont porté sur la participation au réglage primaire de fréquence qui sollicite une réserve de puissance mais à énergie nulle en moyenne. Par ailleurs il est aussi indispensable de se poser la question de la recharge « verte » des véhicules avec des stratégies de pilotage de cette recharge en fonction de la production renouvelable, que ce soit à l’échelle globale (réseau de transport) ou locale (réseau de distribution). Ces travaux sont menés en partenariat avec un économiste des systèmes électriques (Y. Perez), et font l’objet des travaux de thèse de Paul Codani (2013-2016). Par ailleurs les modèles développés par P. Codani tant pour les modélisations de la flotte que pour les stratégies de recharge ont permis une collaboration avec Xuan-Linh Dang (Post-Doc) dans le cadre du projet EPIT pour optimiser l’exploitation du transformateur du poste d’un éco-quartier.