Modélisation et optimisation combinatoire de la



Documents pareils
CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES I CHAÎNES ÉNERGÉTIQUES. II PUISSANCE ET ÉNERGIE

Bloc 1 U. E. Automobile H/an CR Quadrimestres

Toujours pionnier, Opel fait progresser la mobilité électrique

Stockage de l énergie renouvelable et de production d hydrogène

Information. BASES LITTERAIRES Etre capable de répondre à une question du type «la valeur trouvée respecte t-elle le cahier des charges?

Robert Guichet. Conférence DERBI Juin 2008

Le cabriolet 100% électrique 200 KM D AUTONOMIE

Bus hybrides Scania : un concept novateur qui améliore le rendement de 25 %

SCIENCES TECHNOLOGIES

La citadine 100% électrique 250 KM D AUTONOMIE

Les lières. MSc in Electronics and Information Technology Engineering. Ingénieur civil. en informatique. MSc in Architectural Engineering

Système ASC unitaire triphasé. PowerScale kva Maximisez votre disponibilité avec PowerScale

Saisie des chauffe-eau thermodynamiques à compression électrique

Traçant le chemin vers l Electrification de l Automobile - Les Véhicules à Pile à Combustible de GM

Rencontre des savoirs. L énergie électrique est-elle bien adaptée à une mobilité durable?

Les Rencontres Scientifiques Colas

neocampus : campus du futur 27 février 2015

Health Monitoring pour la Maintenance Prévisionnelle, Modélisation de la Dégradation

Maquette de train alimenté par biberonnage : un outil d'enseignement et de recherche pluridisciplinaire P. Barrade et A. Rufer

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

L unique SAN industriel proposant un stockage multiniveau automatisé (Automated Tiered Storage)

Annexe 6. Notions d ordonnancement.

ERDF prend le virage technologique des Smart Grids

ERDF et la Transition Energétique. CESE Nice le 23 avril 2014

La Recherche du Point Optimum de Fonctionnement d un Générateur Photovoltaïque en Utilisant les Réseaux NEURO-FLOUS

Solutions logicielles de gestion énergétique coopérante smart building in smart grid : Exemple CANOPEA. Xavier Brunotte info@vesta-system.

Café Sciences et Citoyens de l Agglomération Grenobloise. Eolien et solaire: comment gérer l'intermittence?

Le stockage de l'énergie : des nouvelles perspectives de performance énergétique pour les industriels?

Mieux sur la route sur toute la ligne. Le package d efficacité DIWA

Fair Eco. Co-développement d éco-technologies innovantes sources de compétitivité

Retour d expérience, portage de code Promes dans le cadre de l appel à projets CAPS-GENCI

Optimisation multi-critère pour l allocation de ressources sur Clouds distribués avec prise en compte de l énergie

Zoom sur La Poursuite Solaire

Programmation linéaire

Synthèse des convertisseurs statiques DC/AC pour les systèmes photovoltaïques

Origine du courant électrique Constitution d un atome

GIRAFE ENERGIES RENOUVELABLES MATERIAUX RENOUVELABLES LA SYNERGIE PARFAITE

Etude de marché de la gazéification en Languedoc Roussillon Présentation Séminaire BioénergieSud du 26 Novembre 2013

véhicule hybride (première

Autoconsommation d énergie photovoltaïque

Présentation du sujet de thèse Schémas temporels hybrides fondés sur les SVMs pour l analyse du comportement du conducteur

U N I O N D E S P R O F E S S E U R S D E P H Y S I Q U E E T D E C H I M I E 719 Les voitures électriques

Monitoring continu et gestion optimale des performances énergétiques des bâtiments


I Stabilité, Commandabilité et Observabilité Introduction Un exemple emprunté à la robotique Le plan Problème...

Parcours Conception, Modélisation et Architecture des Systèmes Informatiques Complexes mention Informatique Paris-Saclay

1,2,3 SOLEIL EN AVANT PREMIERE

PROGRAMMES DES STAGES DE FORMATION POUR ENSEIGNANTS

Enjeux du stockage de l énergie

Smart City Pour relever les défis d urbanisation et de mobilité du futur. Raphael Rollier 05/2015

2015 // des formations. programme. Retrouvez toutes ces informations sur enseirb-matmeca.bordeaux-inp.fr

Réduction de la consommation énergétique des datacenter : optimisation du conditionnement d air, influence de. l architecture

Programmation Linéaire - Cours 1

Le Collège de France crée une chaire pérenne d Informatique, Algorithmes, machines et langages, et nomme le Pr Gérard BERRY titulaire

LES SYSTEMES ELECTRIQUES INTELLIGENTS AU SERVICE DE LA VILLE NUMERIQUE ET DURABLE

Dossier de sponsoring

ETUDE DE LA SECONDE VIE DES BATTERIES DES VEHICULES ELECTRIQUES ET HYBRIDES RECHARGEABLES

Sciences de l ingénieur. Création et Innovation Technologique

L équilibre offre-demande d électricité en France pour l été 2015

Manuel de validation Fascicule v4.25 : Thermique transitoire des structures volumiques

Gamme Véhicules électriques et hybrides

Résultat des discussions du groupe de travail franco-allemand sur les infrastructures de charge

Optimisation et programmation mathématique. Professeur Michel de Mathelin. Cours intégré : 20 h

Protect 5.31 Sortie monophasée 10kVA 120kVA Protect 5.33 Sortie triphasée 25kVA 120kVA. Alimentations Statique Sans Interruption

Extrait des Exploitations Pédagogiques

Emerson montre aux centres de données comment réduire ses coûts énergétiques

Appuis de l ADEME à la Transition Energétique dans les Transports

Edmond Cissé. URÆUS Consult Ingénierie & Sécurité des Données edcisse@uraeus-consult.com

Adaptabilité et flexibilité d une station de charge pour véhicules électriques

Partenariat Schindler - BlueSolutions

Etude et développement logiciel Exemples de réalisation

La programmation linéaire : une introduction. Qu est-ce qu un programme linéaire? Terminologie. Écriture mathématique

SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES D AVENIR

solutions sun2live TM

STIMERGY. Data Centers distribués

Better data. Better decisions. La carière digitale, nouvel outil de suivi et de gestion de l exploitation

Approche concrète et inductive. Approche analytique et conceptuelle

En recherche, simuler des expériences : Trop coûteuses Trop dangereuses Trop longues Impossibles

Moteur d idées pour véhicules spécifiques. Le Pôle de compétitivité Véhicules et Mobilités du grand Ouest

Autonome en énergie, la maison du futur

Développement de lois et de structures de réglages destinées à la téléopération avec retour d effort

MBR225. Le module a été conçu et réalisé conformément aux normes en vigueur portant sur la sûreté et la fiabilité des installations industrielles.

Stratégie Carbone et Energie de la STIB à l horizon 2030

L Ion Rallye 30 novembre 2012 Le transport en commun électrique

GOL-MPPT- 24V-10A GOL-MPPT- 12V-15A

MODE D EMPLOI Boitier de programmation SKY

2 / ENONCER ET DECRIRE LES FONCTIONS DE SERVICE A REALISER

Saft, Conergy et Tenesol lancent SOLION, le plus grand projet européen de développement de stockage d énergie photovoltaïque

CONSORTIUM D'APPUI AUX FORMATIONS FRANCOPHONES EN ASIE-PACIFIQUE

Programmation linéaire

Va-t-on assister à une électrification

2.0. Ballon de stockage : Marque : Modèle : Capacité : L. Lien vers la documentation technique :

Analyse des trajectoires acceptables en approche de virage assistance aux conducteurs

1 Problème 1 : L avion solaire autonome (durée 1h)

Electrification Rurale au Mali. Technologies et financement

PROFILS DES 13 STARTUPS ITALIENNES

CONCEPT H 2 ZERO ENERGY ZERO EMISSION

ASSEMBLAGE DE NOEUDS SOCIO-ÉNERGÉTIQUES : CHAINES DE DÉCISIONS ET APPROCHES EXTRA- ELECTRIQUES

L apprentissage automatique

Transcription:

Modélisation et optimisation combinatoire de la gestion d énergie pour un système multi-sources Yacine Gaoua (1)(2)(3) 1.Institut National Polytechnique de Toulou, INPT 2.Laboratoire PLAsma et Conversion d Energie, LAPLACE 3.Laboratoire d Analy et d Architecture des Systèmes, LAAS-CNRS 28 Juin 2012

1 Contexte 2 3 Profil de mission Source de stockage Source de production 4 Variables de décision Contraintes et fonction objectif 5 Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation 6 7

Contexte Début de la thè : 01/12/2011, Laboratoire LAPLACE groupe CODIASE (Commande et diagnostic des systèmes électriques) : Stéphane Caux, Laboratoire LAAS-CNRS équipe MOGISA (Modélisation, Optimisation et Gestion Intégrée de Systèmes d Activités) : Pierre Lopez, Industriel Nexter Electronics (Ingénierie des systèmes électroniques embarqués) : Projet sur l optimisation d autonomie pour les véhicules électriques. Figure: Véhicule électrique Colibus (Nexter)

Définition du problème Les véhicules hybrides sont composées d au moins deux sources énergétiques afin d alimenter leurs groupes moto-propulurs. Composition de la chaîne énergétique considérée : Une source de stockage (super-capacité) et un convertisur bidirectionnel, Une source de production (pile à hydrogène) et un convertisur unidirectionnel, Un groupe moto-propulur. Figure: Structure de la chaîne énergétique d un véhicule électrique Objectifs Gérer intelligemment la distribution d énergie par les deux sources, Respecter les contraintes de fonctionnement et de sécurité, Minimir la consommation d hydrogène par la pile à combustible.

Profil de mission Contexte Profil de mission Source de stockage Source de production Un profil de mission correspond à la puissance demandée par le groupe moto-propulur à chaque instant. Figure: Profil de mission Inrets d une voiture électrique en milieu urbain Puissance positive Mode traction, Puissance négative Mode freinage, Puissance nulle Mode arrêt.

Super-capacité Contexte Profil de mission Source de stockage Source de production La super-capacité permet de stocker une grande quantité d énergie et de la restituer plus rapidement qu une batterie. Elle est caractérisée par : Rendement (pertes énergétiques), Capacité à fournir ou récupérer de l énergie, État de charge. Le convertisur rt à maintenir la tension de bus à sa référence. Il est caractérisé par : Rendement (pertes énergétiques). Figure: Pertes énergétiques (pack super-capacité)

Pile à combustible Profil de mission Source de stockage Source de production Le groupe pile à combustible est caractérisé par : Rendement, Rendement du convertisur unidirectionnel, Rendement du compresur d air. Figure: Rendement du groupe électrogène Remarque Rendement du compresur d air très faible à bas vites Rendement très faible à bas puissance, Puissance absorbée par le compresur d air augmente Diminution du rendement de la pile.

Paramètres et variables Variables de décision Contraintes et fonction objectif du modèle mathématique Paramètre Définition et valeur t Le pas de temps (1s) P dem (t) Demande en puissance du moteur électrique à chaque instant t E min État de charge minimal de la super-capacité (400kW.s) E max État de charge maximal de la super-capacité (1600kW.s) E init État de charge initial de la super-capacité (900kW.s) P fcs min Puissance minimale fournie par la pile à combustible (0kW ) P fcs max Puissance maximale fournie par la pile à combustible (70kW ) P min Puissance maximale récupérée par la super-capacité ( 60kW ) P max Puissance maximale fournie par la super-capacité (60kW ) Perte (.) Fonction des pertes énergétiques du pack super-capacité (non-linéaire) η fcs (.) Rendement du groupe électrogène (non-linéaire) Table: Les variables de décision du problème P fcs (t) P (t) E (t) P h (t) Ps (t) Puissance fournie par la pile à combustible à chaque instant t Puissance fournie/récupérée par la super-capacité à chaque instant t État de charge de la super-capacité à chaque instant t Énergie utilisée par la pile à combustible à chaque instant t Puissance réelle fournie/récupérée par la super-capacité à chaque instant t

Contraintes et fonction objectif Les contraintes de fonctionnement et de sécurité : Variables de décision Contraintes et fonction objectif Satisfaire la demande du GMP lorsque le véhicule est en mode traction : P fcs (t) + P (t) = P dem (t) Récupération de l énergie lorsque le véhicule freine : P dem (t) P (t) 0 Limitation sur la puissance fournie par la pile à combustible : P min fcs Limitation sur la puissance fournie/récupérée par la super-capacité : P min Capacité de stockage de la super-capacité : E min E (t) E max P fcs (t) P max fcs Pertes énergétiques du pack super-capacité : Ps (t) = P (t) + Perte (P (t)) P (t) P max Gestion de stockage d énergie au niveau de la super-capacité : E (t) = E (t 1) Ps (t) t Ré-initialisation de l état de charge de la super-capacité à la fin de la mission : E (T fin ) = E init La fonction objectif : Objectif Minimir la consommation d hydrogène par la pile à combustible durant toute la mission. Minimir P h (t) = Minimir P fcs (t) t T t T η fcs (P fcs (t))

Contexte Variables de décision Contraintes et fonction objectif Le modèle mathématique global est de type non-linéaire (NLP). Minimir t T P fcs (t) η fcs (P fcs (t)) P fcs (t) + P (t) = P dem (t), P dem (t) 0 P dem (t) P (t) 0, P dem (t) < 0 (NLP) P min fcs P min E min P fcs (t) P max fcs P (t) P max E (t) E max Ps (t) = P (t) + Perte (P (t)) E (t) = E (t 1) Ps (t) t E (T fin ) = E init Remarque Modèle non-linéaire Optimum global non garanti : Optimisation locale

Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation Fonction rendement de la pile à combustible Discrétisation de l espace énergétique de la pile à combustible : Utilisation des points de fonctionnement de la pile. (a) Rendement de la pile à combustible (b) Points de fonctionnement de la pile à combustible Introduire des variables binaires X fcs (t, i) {0, 1} : Activation ou pas du point de fonctionnement i à l instant t.

Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation Fonction pertes énergétiques du pack super-capacité Linéarisation de la fonction des pertes énergétiques du pack super-capacité : Linéarisation par morceaux. Perte (t) = α(j)p (t) + β(j), P (t) [g i, g i ] Figure: Exemple d une fonction pertes énergétiques Ecriture équivalente à condition que la fonction Perte (.) soit convexe linéaire par morceaux : Perte (t) = max(α(j)p (t) + β(j)) j J Ecriture sous forme linéaire en introduisant des variables binaires Y (t, j) {0, 1} et la constante (Big M) : Perte (t) α(j)p (t) + β(j) + M(1 Y (t, j)) Perte (t) α(j)p (t) + β(j) j J Y (t, j) = 1

Modélisation Contexte Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation Les variables de décision : X fcs (t, i) Y (t, j) P (t) E (t) P h (t) Ps (t) Activation ou pas du point de fonctionnement i à l instant t Activation ou pas du point de fonctionnement i à l instant t Puissance fournie/récupérée par la super-capacité à chaque instant t État de charge de la super-capacité à chaque instant t Énergie utilisée par la pile à combustible à chaque instant t Puissance réelle fournie/récupérée par la super-capacité à chaque instant t Contraintes modifiées/ajoutées : Activation d un ul point de fonctionnement à chaque instant t : i I X fcs (t, i) = 1 Satisfaire la demande du GMP lorsque le véhicule est en mode traction : P (t) + i I X fcs (t, i)p fcs (i) = P dem (t) Pertes énergétiques du pack super-capacité : Fonction objectif : Ps (t) = P (t) + Perte (t) Perte (t) α(j)p (t) + β(j) Perte (t) α(j)p (t) + β(j) + M(1 Y (t, j)) j J Y (t, j) = 1 Minimir la consommation d hydrogène par la pile durant toute la mission : Minimir t T i I X fcs (t, i) P f cs(i) η fcs (i)

Contexte Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation Le modèle global est linéaire : Minimir t T i I X fcs (t, i) P f cs(i) η fcs (i) i I X fcs (t, i) = 1 P (t) + i I X fcs (t, i)p fcs (i) = P dem (t), P dem (t) 0 P dem (t) P (t) 0, P dem (t) < 0 P fcs min P fcs (t) P fcs max (MIP) P min P (t) P max E min E (t) E max Ps (t) = P (t) + Perte (t) E (t) = E (t 1) Ps (t) t Perte (t) α(j)p (t) + β(j) Perte (t) α(j)p (t) + β(j) + M(1 Y (t, j)) j J Y (t, j) = 1 E (T fin ) = E init Remarque Modèle linéaire en nombres entiers Optimum global est garanti : Optimisation globale. Probléme NP-difficile Branch-and-Cut

Implémentation Contexte Principe de l idée Modélisation combinatoire Implémentation Résultats obtenus avec l outil d aide à la décision GeoptMS (développé en C + +, Cplex12.4). (a) Coupe désactivée (b) Coupe activée

du mode hors ligne : MIP vs Programmation Dynamique, Quasi-Newton. Méthode/Outils Consommation hydrogène (kw.s) Temps de calcul (s) Programmation dynamique 10131 79200 Quasi-Newton NLP (Matlab-fmincon) 8740 1380 Geopt-MS MIP(Branch-and-Cut) 8740 2.62 Table: (mode hors-ligne) du mode on-line : MIP vs Logique Floue, Logique Floue ajustée avec l algorithme génétique. Méthode/Outils Consommation hydrogène (kw.s) Temps de calcul (s) Logique Floue 9388 on-line Logique Floue+Algorithme génétique 8360 on-line Geopt-MS MIP(Branch-and-Cut) 8269.27 11.86 Table: (mode on-line) Mode hors-ligne : Profil de mission connu, activation de la contrainte ré-initilisation de l état de charge de la super-capacité (au choix) Mode on-line : Profil de mission inconnu, contrainte ré-initilisation de l état de charge de la super-capacité (supprimée)

Bilan et perspectives Bilan : Décembre 2011-Janvier 2012 : Bibliographie et compréhension des programmes déjà développés (rapport N 1), Février 2012 : Ecriture du Modèle NLP sur GAMS Lancement des tests et résolution avec IpOpt, Mars 2012 : Première version du Modéle MIP Lancement des tests sur Cplex12.4 (rapport N 2), Avril 2012 : Deuxième version du Modèle MIP lancement des tests sur Cplex 12.4 et développement de l outil d aide à la décision GeoptMS (rapport N 3), Mai 2012 : Projet Nexter (Préntation réalisée, compréhension du problème, récolte et traitement des données) (rapport entrepri N 1), Juin 2012 : Projet Nexter (Préntation réalisée sur l avancement du projet, modélisation du problème, résolution, tests et résultats) (rapport entrepri N 2). Perspectives : Déterminer les inégalités valides (coupes) pour le modèle MIP afin d accélérer l optimisation, Gérer on-line (parcours inconnu) la distribution d énergie des différentes sources énergétiques (Projet Nexter), Généralir l étude en introduisant plusieurs sources d énergie (panneaux solaires, éoliennes, etc) (exemple : Gestion d énergie du nouveau bâtiment LAAS).

Merci de votre attention