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Gestion d'énergie électrique composite
L'invention relève du domaine de la gestion d'énergie électrique, et en
particulier de celui des
échanges entre plusieurs réseaux domestiques.
A l'échelle d'un réseau de distribution d'électricité, il est connu d'assurer
le routage de l'énergie
depuis des sources d'énergie jusqu'aux point de livraison et de consommation
de cette énergie,
typiquement l'arrivée générale de chaque réseau électrique domestique. Un tel
routage a pour
but principal d'assurer une alimentation la plus stable et continue possible
tout en évitant les
surcharges locales qui pourraient détériorer les équipements. Classiquement,
la gestion de la
distribution de l'énergie électrique consiste à adapter le réseau lui-même
pour que chaque
demande d'énergie soit comblée en temps réel.
Depuis peu, des systèmes de gestion de la distribution d'électricité sont
prévus pour agir sur la
demande elle-même, par exemple sur le principe de l'effacement diffus : les
consommateurs
d'énergie acceptent qu'une part leurs besoins en énergie soit décalée dans le
temps afin
d'homogénéiser la demande totale dans le temps.
Les entités consommatrices d'énergie électrique et les entités productrices
d'énergie électrique
n'ont pas de rapport direct, ni commercial, ni technique. Au moins une entité
intermédiaire
assure le lien. D'un point de vue commercial, l'entité intermédiaire achète
des quantités
d'énergie aux entités productrices et vend des quantités d'énergie à chacune
des entités
consommatrices. Du point de vue technique, l'électricité générée est injectée
sur le réseau tandis
que l'énergie consommée est prélevée sur le réseau. Des mesures quantitatives
permettent
d'assurer un équilibre mais aucune traçabilité n'est possible. Contrairement à
beaucoup de biens
de consommation usuels, le consommateur final n'a pas de moyen technique de
choisir, ni
même de connaître, l'origine de l'électricité qu'il consomme. Par exemple, un
consommateur ne
peut pas favoriser directement, par sa propre consommation, un producteur
d'électricité plutôt
qu'un autre, par exemple pour mettre en pratique des convictions écologiques.
Les architectures électriques de production, de distribution et d'utilisation
de l'énergie,
notamment pour l'habitat, ne permettent de limiter les pertes multiples de
conversion d'énergie.
Les architectures de transports de l'énergie, à l'échelle d'un quartier comme
à l'échelle d'un
réseau domestique, fonctionnent essentiellement, voire exclusivement, en
courant alternatif
alors même que la part d'équipement fonctionnant en courant continu tend à
augmenter.
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Pourtant, les installations physiques (le câblage) est compatible aussi bien
avec le courant
alternatif qu'avec le courant continu. Les systèmes existants ne permettent
pas à la fois d'utiliser
l'énergie directement, de prévoir sa sécurisation en fonction de priorités,
des caractéristiques de
l'énergie, de sa disponibilité et sa traçabilité à moindre coût.
Aucun dispositif d'intelligence locale n'est capable de prendre en compte
l'ensemble de ces
paramètres pour fournir au bon moment et au meilleur coût possible l'énergie
nécessaire à un
équipement donné, pour une durée limitée. Aucun dispositif ne permet, pour
chaque usage
électrique final de négocier l'énergie nécessaire, encore moins directement en
pair à pair avec
une traçabilité de sa provenance.
L'invention vient améliorer la situation.
La demanderesse propose un procédé d'échange d'énergies électriques entre une
pluralité de
réseaux particuliers d'électricité reliés les uns aux autres via au moins un
réseau général de
distribution d'électricité. Chaque réseau particulier comprend :
- une unité de coordination couplée à un noeud respectif situé à
l'interface du réseau général et
du réseau particulier,
- des groupes fonctionnels d'au moins un appareil électrique, chaque groupe
étant relié au noeud
via une ligne correspondante du réseau particulier, et
- une pluralité de relais, chaque relai étant disposé sur une ligne.
Le procédé comprend, pour chaque réseau particulier :
a) transmettre de chacun des relais à l'unité de coordination des données
d'état des appareils du
groupe correspondant,
b) établir un ensemble de ressources et de besoins en énergie électrique
internes au réseau
particulier en fonction des données d'état,
c) confronter l'ensemble des ressources et des besoins internes, entre eux et
avec les ressources
et les besoins externes des autre réseaux particuliers,
d) allouer à chaque besoin interne une ressource interne ou externe, et à
chaque ressource
interne un besoin interne ou externe, en fonction des résultats de la
confrontation,
e) assurer au moins en partie le routage des énergies électriques selon les
allocations, assurer le
routage incluant :
el) émettre un certificat numérique pour chaque ressource interne injectée sur
le réseau
général,
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e2) identifier l'origine des ressources externes prélevées via le réseau
général au moyen
des certificats numériques, et
e3) transmettre des consignes de prélèvement d'énergie électrique sur le
réseau
particulier aux relais,
f) comptabiliser chaque échange d'énergie de manière à définir une transaction
entre deux
réseaux particuliers.
Un tel procédé permet à chaque utilisateur d'un réseau particulier, par
exemple domestique, de
coordonner ses ressources et besoins en énergie pour chaque usage avec les
ressources et
besoins en énergies d'autres réseaux particuliers. Chaque utilisateur peut
acquérir
automatiquement des paquets d'énergie en appliquant des critères de choix
présélectionnés et
hautement adaptables, incluant des critères tarifaires mais aussi des critères
techniques et
écologiques. Un tel procédé permet en outre de faciliter le respect de futures
réglementations,
notamment en France, visant à tendre vers une consommation moyenne nulle ou
négative des
bâtiments ou d'un ensemble de bâtiments, par exemple à l'échelle d'un
quartier. On parle alors
de bâtiment(s) à énergie positive. Ce procédé est également compatible avec
une plateforme
d'échange de l'énergie à l'échelle d'un quartier et/ou d'un poste de
transformation basse tension
(BT) et/ou d'un départ électrique d'un poste BT.
Selon d'autres aspects, la demanderesse propose un système propre à mettre en
oeuvre le
procédé, un kit d'installation d'un tel système ainsi qu'un programme
informatique pour mettre
en oeuvre le procédé et un support d'enregistrement non transitoire, lisible
par un ordinateur, sur
lequel est enregistré un tel programme.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à
la lecture de la
description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur
lesquels :
- la figure 1 montre un schéma d'un ensemble d'éléments organisés en une
architecture selon un
mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est similaire à la figure 1 et montre en outre des détails de
certains des éléments de
l'architecture,
- la figure 3 montre un schéma de détails d'un élément de l'architecture,
- la figure 4 montre un schéma de détails d'un élément de l'architecture,
- la figure 5 montre un schéma de détails d'un élément de l'architecture,
et
- la figure 6 montre un schéma fonctionnel d'un mode de réalisation de
l'unité de coordination.
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Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des
éléments de caractère
certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la
présente invention,
mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Dans la suite, les termes appareil électrique désignent indistinctement les
appareils
consommateurs d'énergie électrique, les appareils générateurs d'énergie
électrique et les
appareils de stockage d'énergie électrique qui peuvent alternativement être
consommateurs et
fournisseurs d'énergie électrique.
En figures 1 et 2, un unique réseau particulier 1, ici un réseau domestique,
est représenté. Le
réseau particulier 1 comprend une unité de coordination 100, ou bloc central.
L'unité de
coordination 100 est couplée à un noeud respectif situé à l'interface d'au
moins un réseau
général et du réseau particulier 1. Dans l'exemple décrit ici, deux réseaux
généraux sont
représentés : un réseau général de courant alternatif (AC) 200, par exemple en
230 Volts, et un
réseau général de courant continu (DC) 1000, par exemple en 400 Volts. Chacun
des réseaux
généraux 200, 1000 est relié à une pluralité de réseaux particuliers,
similaires ou non à celui
représenté en figure 1, via une unité de coordination analogue.
Le réseau général de courant alternatif 200 prend généralement la forme d'un
réseau de
distribution usuel et permet de relier entre eux les appareils fonctionnant
sous courant alternatif
Les appareils fonctionnant sous courant continu, généralement ceux comprenant
des
composants électroniques, tendent à représenter une part de plus en plus
importante. Ils
comprennent notamment l'éclairage à DEL ( DEL pour diode
électroluminescente ou
LED en anglais), les appareils multimédia ou produits bruns et les
appareils électroménagers
récents ou produits blancs . En outre, les appareils de générations et de
stockage d'énergie
tels que les panneaux photovoltaïques et les batteries fonctionnent
généralement en courant
continu. Les appareils reliés à un réseau en courant continu sont dispensés
d'être, chacun,
équipé de convertisseur alternatif/continu. L'énergie électrique peut rester
sous forme de
courant continu de la source jusqu'à l'appareil consommateur. Le nombre de
conversions
alternatif/continu entre l'appareil générateur et l'appareil consommant peut
être réduit, ce qui
améliore l'efficacité énergétique.
L'unité de coordination 100 comprend ici deux entrées 101 et 117, l'une reliée
au réseau
général de courant alternatif 200, l'autre reliée au réseau général de courant
continu 1000. Ici, le
terme entrée est utilisé dans un contexte où le réseau particulier 1 est
considéré être en
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aval des réseaux de distribution généraux 200, 1000. Néanmoins, de l'énergie
peut être
injectée sur l'un et/ou l'autre des réseaux généraux 200, 1000 depuis le
réseau particulier 1. Par
conséquent, le terme entrée ne limite pas le sens de circulation de
l'énergie.
5 Chacune des entrées 101, 117 est équipée de convertisseurs aptes, au
besoin, à passer de courant
continu à alternatif ou vice versa et à adapter la tension.
Le réseau particulier 1 comprend en outre une pluralité de groupes
fonctionnels 400, 401, 500,
800, 900 d'au moins un appareil électrique. Chaque groupe est relié au noeud,
ici à l'unité de
coordination 100, via une ligne correspondante du réseau particulier 1. La
répartition des
appareils électriques en groupes peut être faite en fonction des usages et/ou
en fonction du type
d'énergie utilisée par les appareils (alternatif/continu et/ou tension de
fonctionnement par
exemple). La répartition des appareils en groupes peut reprendre en partie au
moins les
répartitions établies usuellement pour les protections électriques. Ainsi, une
installation
existante, par exemple domestique, peut être rendue conforme au système
proposé ici en
utilisant les lignes existantes et en limitant les opérations physiques de
recâblage.
L'unité de coordination 100 comprend une sortie par groupe fonctionnel 400,
401, 500, 800,
900, ici organisées en deux ensembles de sorties 102 et 102'. Un premier
ensemble 102 est relié
à des lignes alimentant des appareils fonctionnant par exemple sous des
tensions inférieures ou
égales à 48 Volts en courant continu. Un second ensemble 102' est relié à des
lignes alimentant
des appareils fonctionnant par exemple sous des tensions inférieures ou égales
à 400 Volts en
courant continu.
L'unité de coordination 100 comprend une sortie 103 spécifique. La sortie 103
est reliée, via
une ligne dédiée, à un ou plusieurs appareils aptes à générer de l'énergie
électrique, ici un
ensemble de panneaux photovoltaïques 900. La sortie 103 est équipée de
convertisseurs adaptés
en fonction du type d'énergie fournie par les dispositifs de génération
d'énergie, ici un
transformateur de tension continu/continu. Le réseau particulier 1 peut
comprendre, en outre, au
moins une ligne de courant alternatif, par exemple une ligne de prise de
courant usuel.
Le réseau particulier 1 est en outre équipé d'une pluralité de relais 300,
chacun étant disposé sur
une ligne respective du réseau particulier 1. Chacun des relais 300 est apte à
communiquer avec
l'unité de coordination 100.
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Les relais 300 peuvent présenter des formes et emplacements variés. Par
exemple, lorsque la
ligne comprend un unique appareil, le relai 300 peut être composé d'un module
unique
physiquement intégré dans l'appareil électrique. Le module unique peut aussi
être distinct de
l'appareil, être branché en aval de la ligne, intercalé entre la ligne fixe et
la prise d'alimentation
de l'appareil. Lorsque plusieurs appareils sont alimentés via une ligne
commune, le relai 300
peut être comprendre plusieurs modules satellites intégrés chacun dans un
appareil électrique, et
un module central centralisant les informations des modules satellites. Le
module central ou le
module unique du relai 300 peuvent être disposés en amont de la ligne, par
exemple à proximité
de l'unité de coordination 100 et/ou dans un tableau électrique du réseau
particulier 1.
Il est maintenant fait référence à la figure 3. L'unité de coordination 100
comprend des moyens
de communication 104, 104' aptes à communiquer avec les relais 300. Les
convertisseurs de
chacune des sorties 102 et 102' sont référencés respectivement 105 et 105'.
L'unité de coordination 100 comprend une alimentation 108. L'alimentation 108
est de
préférence équipée d'un moyen de stockage d'énergie de secours tel qu'une
batterie ou des
piles, de sorte qu'en cas de défaut d'alimentation via l'un et/ou l'autre des
réseaux généraux
200, 1000, l'unité de coordination 100 continue d'être alimentée et de
fonctionner. En
fonctionnement normal, l'alimentation 108 est capable de se recharger en
prélevant de l'énergie
sur l'un des réseaux généraux 200, 1000 et/ou des moyens de productions 900
et/ou de stockage
600, 800 du réseau particulier, si besoin convertie préalablement par l'un des
convertisseurs.
L'unité de coordination 100 comprend des moyens de communication 109 aptes à
transmettre
des informations et/ou recevoir des instructions de commandes à partir d'un
dispositif distant,
par exemple du type téléphone intelligent ou système domotique. Dans ce cas,
le dispositif
distant doit être identifié et appairé au système, par exemple en ayant obtenu
un certificat
numérique.
L'unité de coordination 100 comprend au moins un processeur 110, ou un
ensemble de
processeurs, agencé pour mettre en oeuvre les fonctions de chaque agent décrit
ci-après en
référence à la figure 6. L'unité de coordination 100 a accès à une mémoire. La
mémoire peut
prendre la forme d'une unité de stockage locale ou déportée.
Dans les modes de réalisation décrits ici, l'unité de coordination 100
comprend en outre une
interface 115 avec les compteurs électriques communicants, par exemple les
compteurs du type
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Linky en France. Par cette interface 115, l'unité de coordination 100 a
accès à un numéro de
Point De Livraison (PDL) identifiant le noeud par lequel le réseau particulier
1 est relié au(x)
réseau(x) général(aux) 200, 1000. Ce numéro est généralement appelé PRM (pour
Point Réseau
Mesure), lorsqu'un seul compteur est nécessaire pour compter la consommation
et la production
d'un réseau particulier. Ce numéro peut être utilisé par un agent de
certification 111, décrit ci-
après, pour établir un certificat de l'origine d'un paquet d'énergie issu du
réseau particulier 1.
L'unité de coordination 100 comprend des moyens de communication 116 avec une
plateforme
d'échange externe au réseau particulier 1 et avec les autres réseaux
particuliers, par
l'intermédiaire desquels les réseaux particuliers se transmettent des
informations.
Il est maintenant fait référence à la figure 4 représentant en détail un mode
de réalisation d'un
relai 300. Le relai 300 est, ici, combiné à un répartiteur. Un répartiteur
prend la forme d'un
module branché dans un tableau électrique du réseau particulier 1 et assurant
l'alimentation et la
protection électrique de plusieurs lignes à la fois par l'intermédiaire d'un
bus électrique. De tels
répartiteurs sont par exemple décrits dans FR 2 936 662, dans FR 2 936 663 ou
encore dans
FR 2 958 812. De tels répartiteurs permettent de mutualiser un groupe de fils,
par exemple une
paire phase-neutre : un tel groupe peut alternativement transporter du courant
continu ou
alternatif, de l'amont vers l'aval ou de l'aval vers l'amont. L'utilisation de
répartiteurs dans le
présent système permet d'éviter l'ajout de nouveaux câbles dans les
installations existantes et de
limiter le nombre de câbles dans les installations neuves. Le coût en matière
première,
notamment le cuivre, est réduit.
Ici, le relai 300 comprend au moins deux sorties de bus 301 et 301', reliées
chacune à un groupe
d'appareils via une ligne du réseau particulier 1. Le relai 300 comprend des
moyens de
communication 302 avec l'unité de coordination 100, ici via les moyens de
communication 104,
104' de l'unité de coordination 100. Le module de protection, propre au
répartiteur, est
référencé 304. Le relai 300 comprend un processeur 305, ou un ensemble de
processeurs, apte à
transmettre les informations entre l'unité de coordination 100 et les
appareils via des moyens de
communication respectifs 302 et 303.
Un chargeur 500, une batterie de stockage 600 et un véhicule électrique
incorporant son propre
chargeur électrique 800 sont des usages électriques spécifiques. Ils sont
capables de notifier à
l'unité de coordination 100 des niveaux de charge, et de quantités de stockage
d'énergie
disponibles, par l'intermédiaire du relai 300.
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Le relai 300 est apte à soutirer de l'énergie depuis l'aval du module de
protection 304 en
provenance du bus électrique 301, dès lors qu'il est reçu l'autorisation de
l'unité de coordination
100, pour un niveau de priorité et une durée déterminée. L'énergie est fournie
à l'appareil
associé au relai 300 en aval de la sortie de bus 301' depuis l'appareil
disposé en aval de la sortie
301.
Des bus de distribution d'énergie électrique équipant les sorties 105, 105' de
l'unité de
coordination 100, ici en courant continu de 48 Volts ou 400 Volts, permettent
de façon
.. simultanée de:
- délivrer l'énergie vers le chargeur 500 ou le chargeur incorporé dans le
véhicule électrique 800
par l'intermédiaire des relais 300 respectifs dès lors que l'unité de
coordination 100 autorise le
soutirage via le module de protection 304, et
- le prélèvement de l'énergie stockée pour l'injecter, via les bus
électriques, sur les réseaux
généraux 200, 1000.
Les relais 300 peuvent être paramétrés et mis à jour via l'unité de
coordination 100 et les
moyens de communication 302.
fi est maintenant fait référence à la figure 5 représentant un module
satellite 450
complémentaire du relai 300. Le module satellite 450 est intégré à un appareil
électrique ou
branché entre l'appareil électrique et la ligne d'alimentation. Le module
satellite 450 comprend
une entrée 451, ici équipée d'un convertisseur de tension. L'entrée 451 reçoit
l'énergie
transmise via la sortie 301' du relai 300. L'entrée 451 est reliée à un
chargeur 452, lui-même
relié à un ultra-condensateur 454. Le chargeur 452 et l'ultra-condensateur 454
permettent ici de
stocker une partie de l'énergie reçue. L'énergie stockée peut par exemple être
utilisée pour
maintenir l'appareil, ou plus précisément le module satellite 450, dans un
mode dit de veille
pendant lequel l'appareil est apte à communiquer avec l'unité de coordination
100 via le relai
300. Ainsi, même en l'absence d'une alimentation électrique suffisante pour
que l'appareil
assure sa fonction principale, il reste capable de transmettre et recevoir des
données. L'ultra-
condensateur 454 permet donc au module satellite 450 de disposer d'une
quantité minimum
d'énergie pour assurer son réveil et solliciter l'énergie nécessaire à son
activité par
l'intermédiaire de programmes informatiques stockés et exécutés par le
processeur 305. En
variante, la recharge de l'ultra-condensateur 454 s'effectue par un autre
dispositif permettant de
récolter de l'énergie dans son environnement ( energy harvesting ).
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Le module satellite 450 comprend des moyens de communication 453 compatibles
avec les
moyens de communication 303 du relai 300 de manière à pourvoir transmettre,
dans les deux
sens, des informations. Le module satellite 450 comprend un processeur 455, ou
un ensemble de
processeurs, alimenté par l'ultra-condensateur 454 et apte à établir des
données d'état de
l'appareil.
Le relai 300 et chaque module satellite 450 échangent via un flux de données
bidirectionnel
(filaire ou radio) pour solliciter, en amont ou en aval du relai 300, de
l'énergie pour une durée
limitée dans le temps et à un niveau de priorité donné.
En fonctionnement, le réseau de communication établie entre le module
satellite 450, le relai
300 et l'unité de coordination 100 permet :
- de dialoguer via un flux bidirectionnel avec l'unité de coordination 100
qui gère l'énergie du
réseau particulier 1 par l'intermédiaire du module satellite 450 ;
- de réceptionner des ordres de pilotage depuis l'unité de coordination 100
par le module
satellite 450 ;
- d'appairer l'appareil électrique avec le système, afin de pouvoir le
localiser, de connaitre ses
besoins énergétiques et son niveau de priorité tels qu'ils sont enregistrés
dans une mémoire
accessible à l'unité de coordination 100;
- de paramétrer et mettre à jour le module satellite 450.
Il est maintenant fait référence à la figure 6. L'unité de coordination 100
peut être vue comme
une intelligence artificielle (IA). L'unité de coordination 100 coordonne un
système multi-
agents (SMA), chaque agent, ou module, étant partiellement autonome. Le SMA
peut être vu
comme une combinaison de plusieurs techniques :
- l'intelligence artificielle pour les aspects prise de décision de chaque
agent ;
- l'intelligence artificielle distribuée pour la distribution de
l'exécution ;
- les systèmes distribués pour les interactions entre agents ;
- les composants logiciels pour l'augmentation d'autonomie des agents les uns
par rapport aux
autres ;
- les objets communicants pour l'aspect optionnellement déporté des
éléments composants le
système.
Dans l'exemple décrit ici, l'unité de coordination 100 comprend les agents
suivants :
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- un agent d'apprentissage et de prévision 106 qui enregistre les besoins
énergétiques des
appareils consommateurs et leurs cycles d'utilisation, les générations
d'énergie des appareils
générateurs au cours du temps, et les niveaux de charge des appareils de
stockage d'énergie.
L'agent d'apprentissage et de prévision 106 reçoit en outre des informations
météorologiques de
5 manière à établir des prévisions des ressources et besoins en fonction
des ressources et besoins
passés affinées en fonction d'aléas climatiques notamment. Par exemple, une
baisse de
température future permet d'anticiper un besoin supplémentaire en énergie des
appareils de
chauffages tandis qu'un ensoleillement futur permet d'anticiper une ressource
en énergie issue
des panneaux photovoltaïques 900. L'historique et les prévisions des besoins
et ressources en
10 énergie de chaque groupe d'appareil sont stockés dans une mémoire
accessible à l'agent
d'apprentissage et de prévision 106.
- un agent de décision et de gestion 106' des besoins et des ressources qui
en fonction des
prévisions de l'agent d'apprentissage et de prévision 106 donne l'ordre à un
agent d'échange
107 d'acquérir ou de céder de l'énergie, de stocker ou non de l'énergie, de
consommer ou non
en direct l'énergie par les appareils électriques du réseau particulier 1.
L'agent d'apprentissage
et de prévision 106 peut ainsi arbitrer en fonction des ressources du réseau
particulier 1, de ses
stocks, des tarifs en vigueur, de sa connaissance par apprentissage de la
quantité d'énergie
nécessaire au réseau particulier 1, mais également en fonction de la notion
d'origine de
l'énergie, en particulier si elle respecte des critères écologiques
prédéfinis.
Cette dernière notion est importante, aujourd'hui il existe sur le marché des
offres d'achat
d'énergie verte, mais le courant consommé à un instant donné ne donne aucune
information sur
son origine. Certes un moyen peut être mis en oeuvre comme la technologie
blockchain ,
appliquée au domaine de l'énergie, pour valider le fait qu'un producteur
fournit à un
consommateur, de l'énergie renouvelable, mais il manque le coté étiquetage du
courant au
moment de son utilisation qui garantisse le fait, qu'il y a bien une
adéquation entre le courant
produit en un lieu et le courant consommé dans un autre.
- l'agent d'échange 107, ou de trading en anglais, sur sollicitation de
l'agent de décision et
de gestion 106' prévoit et recherche des quantités d'énergie à céder ou à
acquérir en fonction du
temps sur une plateforme d'échange externe au réseau particulier 1. L'agent
d'échange 107
applique des critères prédéfinis pour sélectionner les quantités d'énergie,
notamment en termes
de tarifs et de type d'énergie. La plateforme d'échange est commune à un
ensemble de réseaux
particuliers reliés à l'un au moins des réseaux généraux 200, 100. L'agent
d'échange 107 fait
l'interface entre l'unité de coordination 100 du réseau particulier 1 et la
plateforme externe
d'échange.
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- un agent de transaction, non représenté, met en relation un appareil
électrique requérant de
l'énergie et un appareil fournissant de l'énergie, et comptabilise les
échanges d'énergie pour un
agent de facturation 112.
- un agent d'analyse des prévisions et du réalisé permet d'enrichir l'agent
d'apprentissage et de
prévision 106.
- l'agent de certification 111 agencé pour établir pour chaque paquet
d'énergie à transmettre un
identifiant unique, ou certificat, et pour reconnaître un identifiant associé
à chaque paquet
d'énergie reçu. L'agent de certification 111 est synchronisé avec des agents
de certification
d'autres unités de coordination de sorte que chaque identifiant soit unique et
reconnu par chacun
des agents de certification. L'agent de certification permet d'assurer la
traçabilité de chaque
paquet d'énergie pour lequel est établi un identifiant. Les certificats sont,
ici, appelés
WALLET .
- l'agent de facturation 112 qui enregistre les échanges du réseau
particulier 1 avec chacun des
autres réseaux particuliers, de sorte qu'une comptabilité est tenue en une
monnaie réelle ou
virtuelle, par exemple une monnaie propre à l'ensemble des réseaux
particuliers interconnectés.
Les échanges peuvent donc être réalisés de pair à pair.
- un agent d'analyse et d'élaboration de paquets d'énergie 113. L'agent
d'analyse et
d'élaboration de paquets d'énergie 113 associe à chaque paquet d'énergie le
certificat établi par
l'agent de certification 111
La constitution d'une partie d'une clé numérique de chiffrement pour élaborer
le certificat
numérique prend en compte, à titre d'exemple pour la France, le numéro de
Point De Livraison
(PDL) électrique de l'habitat, par l'intermédiaire de l'interface 115 comme
décrit ci-avant.
Les échanges de données, notamment des certificats, entre deux réseaux
particuliers (l'un
fournisseur, l'autre consommateur) peut s'effectuer de pair à pair . Un
réseau privé virtuel
appelé tunnel VPN peut être établi. Chaque paquet de données échangé est
chiffré par le
client VPN selon un algorithme décidé par les deux interlocuteurs lors de
l'établissement du
tunnel et éventuellement signé.
Le certificat peut prendre la forme d'un identifiant, ou code. Dans le cas de
paquet de courant
continu issu du réseau particulier 1, injecté sur le réseau général 1000 et
destiné à un autre
réseau particulier, un tel identifiant peut être associé physiquement au flux
d'énergie électrique.
Par exemple, le flux d'énergie électrique peut comporter, pour une
identification de la livraison
via le réseau, une partie complémentaire incluant des données d'identification
de la livraison,
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partie complémentaire dans laquelle la puissance électrique est modulée en
amplitude, la partie
complémentaire présentant ainsi des durées pendant lesquelles la puissance
électrique est
inférieure au niveau constant de la partie principale du flux.
De même, l'agent d'analyse et d'élaboration de paquets d'énergie 113 lit et
reconnaît les
identifiants associés aux paquets d'énergie disponibles sur le réseau général
1000 afin de
reconnaitre les paquets d'énergie objets d'une transaction pour les prélever
sur le réseau général
1000.
Les certificats participent à la traçabilité de l'énergie.
L'unité de coordination 100 comprend, en outre, un sous-système du type
Watchdog qui
permet de surveiller l'ensemble des taches ou agents, pour éviter tous risques
de blocage.
Les interactions entre les éléments décrits jusqu'ici vont maintenant être
décrites dans un
contexte opérationnel du système et sous la forme d'un procédé d'échange
d'énergies
électriques entre une pluralité de réseaux particuliers reliés les uns aux
autres via au moins un
réseau général de distribution d'électricité, ici deux réseaux de distribution
200, 1000 dont l'un
1000 en courant continu.
Chacun des relais 300 transmet à l'unité de coordination 100 des données
d'état des appareils du
groupe correspondant au relai 300. Les données d'état peuvent ici être
qualifiées de données
montantes, transmis depuis les lignes en aval jusqu'à l'unité de coordination
100 en amont. Les
données d'état sont ici définies par le processeur 405, transmises du module
satellite 450 au
relai 300 via les moyens de communication 303, 403, puis transmis à l'unité de
coordination
100 via les moyens de communication 104, 104', 302. Les données d'état
comprennent par
exemple une demande d'alimentation, ou sollicitation, ou l'absence de demande
de la part de
l'appareil. La sollicitation de la part de l'appareil peut comprendre par
exemple une quantité
totale d'énergie souhaitée, une quantité d'énergie souhaitée par unité de
temps (puissance
instantanée), un usage, une date souhaitée (c'est-à-dire des besoins en
énergie pour un
démarrage instantané ou différé des appareils), un indice de priorité
dépendant du caractère
instantané ou différé du besoin, ou une combinaison de tels critères. Des
données d'état peuvent
aussi être issues d'appareils propres à stocker et/ou à générer de l'énergie
électrique, par
exemple l'ensemble de panneaux photovoltaïques 109. Les données d'état peuvent
alors
comprendre une quantité d'énergie produite par unité de temps en temps réel,
un niveau de
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charge des appareils de stockage et/ou des informations relatives à une
quantité d'énergie
stockée disponible.
Le processeur 110 de l'unité de coordination 100, en particulier l'agent
d'apprentissage et de
prévision 106, collecte l'ensemble des données transmises par les relais 300.
Puis, un ensemble
de ressources et de besoins en énergie électrique internes au réseau
particulier 1 en fonction des
données d'état reçues est établi, ici par l'agent de décision et de gestion
106'.
Dans l'exemple décrit ici, l'agent d'apprentissage et de prévision 106 établit
d'abord un modèle
prévisionnel de ressources ou de besoins en énergie électrique pour chaque
groupe fonctionnel
en fonction du temps et des données d'état reçues. Le modèle prévisionnel est
affiné en fonction
de données annexes aux données d'état, telles que les données météorologiques.
En variante, un
agent d'analyse des prévisions et du réalisé peut encore enrichir les
prévisions de l'agent
d'apprentissage et de prévision 106 en corrigeant les prévisions en fonction
des écarts constatés
entre les prévisions passées et les besoins/ressources effectifs passés (on
parle alors
d'apprentissage). L'agent de décision et de gestion 106' établit ensuite les
ressources et besoins
futurs sur la base du modèle prévisionnel affiné et corrigé stocké dans la
mémoire pour chaque
groupe d'appareils et pour chaque période de temps. Des ressources et besoins
pour chaque
usage, c'est-à-dire pour chaque groupe d'appareils, sont établis en fonction
du temps.
L'ensemble des ressources et des besoins internes, sont confrontés entre eux
et avec les
ressources et les besoins externes, c'est-à-dire issus d'autres réseaux
particuliers.
Dans l'exemple décrit ici, l'ensemble des ressources et besoins internes au
réseau particulier 1
sont confrontés entre eux dans un premier temps. Autrement dit, il peut être
considéré que,
quand cela est possible, répondre aux besoins du réseau particulier 1 avec les
ressources du
réseau particulier 1 lui-même est une règle de priorité. Ainsi, favoriser
l'indépendance
énergétique du réseau particulier 1 est considéré comme prioritaire. Dans ce
cas, l'agent de
décision et de gestion 106', sans passer par l'agent d'échange 107, alloue à
chaque besoin
interne une ressource interne lorsqu'il détecte une correspondance. Par
exemple, une ressource
en courant continu disponible à l'instant t et issue des panneaux
photovoltaïques 900 peut être
allouée à un besoin en courant continu au même instant t d'un groupe
d'appareils du réseau
particulier 1.
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Pour les besoins et ressources n'ayant pu être allouées en interne, l'agent de
décision et de
gestion 106' ordonne à l'agent d'échange 107 de confronter les besoins et
ressources internes
aux besoins et ressources externes sur la plateforme d'échange. La plateforme
d'échange a, ici,
accès à une base de données tarifaire publique pour fixer des prix de
l'énergie, par exemple en
fonction de son type (local ou non, écologique ou non par exemple).
L'agent de d'échange 107 effectue sur la plateforme des offres d'acquisition
et/ou des offres de
fourniture d'énergie en fonction des besoins et ressources du réseau
particulier 1. En fonction
des tarifs, l'agent de d'échange 107 décide d'acquérir ou de céder de
l'énergie, de stocker ou
non de l'énergie, de consommer ou non en direct l'énergie par les appareils
électriques du
réseau particulier 1.
Ainsi, une ressource interne ou externe est allouée à chaque besoin interne,
et un besoin interne
ou externe est alloué à chaque ressource interne, en fonction des résultats de
la confrontation.
Dans les cas où une confrontation ne permet pas de faire correspondre une
ressource ou un
besoin du réseau particulier 1 à un besoin, respectivement une ressource, d'un
autre réseau
particulier, alors il lui est attribué par défaut un des réseaux généraux 200,
1000.
L'unité de coordination 100 assure au moins en partie le routage des énergies
électriques selon
les allocations. Le routage peut être effectué au moyen d'un routeur 114 de
flux énergétique, par
exemple tel que décrit dans W02014147437.
Le routage inclut :
- émettre un certificat numérique pour chaque ressource interne injectée
sur le réseau général,
- identifier l'origine des ressources externes prélevées via le réseau général
au moyen des
certificats numériques, et
- transmettre des consignes de prélèvement d'énergie électrique sur le
réseau particulier 1 aux
relais 300.
L'établissement du certificat numérique est ici effectué par l'agent de
certification 111 tandis
que son émission est effectuée par l'agent d'analyse et d'élaboration de
paquets d'énergie 113.
L'agent d'analyse et d'élaboration de paquets d'énergie 113 est un module de
traitement et
d'analyse qui détermine si le courant électrique qui transite par l'unité de
coordination 100,
depuis ou vers le réseau particulier 1, est du courant brute (alternatif ou
continu), c'est-à-dire
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dépourvu de certificat numérique ou des paquets d'énergie auxquels sont
associés des
certificats.
Par exemple, à destination d'un des réseaux généraux 200, 1000 :
5 En provenance des panneaux photovoltaïques 900, le courant produit
localement est
optionnellement converti en courant continu à une tension nominale par
l'intermédiaire du
convertisseur 103. Cette énergie est donc à ce stade du pur courant continu
(ou de l'énergie
brute non associée à un certificat). L'agent d'analyse et d'élaboration de
paquets d'énergie 113
connait la provenance exacte du courant électrique. Par conséquent, l'agent
d'analyse et
10 d'élaboration de paquets d'énergie 113 peut élaborer un certificat incluant
par exemple une
information du type énergie verte . Des informations identifiant la source
et/ou le destinataire
peuvent aussi être incluses dans le certificat. L'énergie est alors étiquetée
énergie verte .
Dans le cas d'une allocation par défaut au réseau général de courant continu
1000, le courant
peut être injecté sur le réseau général de courant continu 1000 sans lui
attribué un certificat,
15 optionnellement converti par l'intermédiaire du convertisseur 117.
Le courant peut aussi être injecté sur le réseau général de courant alternatif
200 en étant
préalablement converti par l'intermédiaire du convertisseur 101. Dans le cas
d'une allocation
par défaut au réseau général de courant alternatif 200, le courant peut être
injecté sur le réseau
général de courant alternatif 200 sans que lui soit attribué un certificat.
Dans le cas d'une
allocation à un autre réseau particulier 1, le courant peut être injecté sur
le réseau général de
courant alternatif 200 avec un certificat. Un tel certificat peut aussi, par
exemple, mettre en
oeuvre une technologie de type blockchain pour valider les échanges entre
les deux réseaux
particuliers.
Par exemple, en provenance d'un des réseaux généraux 200, 1000:
En provenance du réseau général de courant alternatif 200, le courant
alternatif est converti en
courant continu par l'intermédiaire du convertisseur 101. Lorsqu'aucun
certificat n'est associé à
cette énergie, le courant est donc du courant continu brut. L'agent d'analyse
et d'élaboration de
paquets d'énergie 113 ne reconnaît pas de provenance bien défini (quartier
local, ou national par
exemple) et par conséquent attribut par défaut l'étiquetage anonyme , ou
rouge (par
opposition à énergie verte).
En provenance du réseau général de courant continu 1000, le courant continu
est converti en
courant continu par l'intermédiaire du convertisseur 117. Ce courant peut être
brute, dans ce cas
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le traitement est similaire au cas ci-dessus. Ce courant peut aussi comprendre
une partie
complémentaire incluant des données d'identification de la livraison et dans
laquelle la
puissance électrique est modulée en amplitude telle que décrit ci-avant. Dans
ce cas, l'agent
d'analyse et d'élaboration de paquets d'énergie 113 analyse l'information
attachée aux paquets
d'énergies, reconnait la provenance exacte du courant électrique (production
dans le quartier
local par exemple) et optionnellement le caractère énergie verte .
En identifiant la ressource en énergie reçue, cette dernière peut ensuite être
attribuée au groupe
d'appareils à l'origine de la demande allouée à la ressource. Cette
attribution prend la forme
d'une transmission de consignes de prélèvement d'énergie électrique sur le
réseau particulier 1
aux relais 300 correspondants.
A l'injection d'une ressource en énergie sur l'un des réseaux généraux 200,
1000 ou à la
réception d'une ressource en énergie depuis l'un des réseaux généraux 200,
1000, chaque
échange d'énergie peut être comptabilisé de manière à définir une transaction
entre deux
réseaux particuliers. Cette comptabilisation est ici effectuée par l'agent de
facturation 112.
Le routage de l'énergie électrique sur le réseau particulier 1 permet de
distribuer l'énergie
requise par chacun des groupes d'appareils via les lignes en pilotant, dans le
temps, le
prélèvement de l'énergie via les relais 300, et optionnellement les modules
satellites 400.
L'organisation temporelle des divers prélèvements via une ligne donnée est
fonction de la
priorité et de la quantité nécessaire pour chaque usage électrique. Les
communications
bidirectionnelles entre l'unité de coordination 100 et chacun des relais 300
permet d'utiliser une
même ligne ou une partie de ligne commune pour transporter divers type
d'énergies électriques
en fonction du temps. Par exemple, cela permet :
- une fourniture de courant électrique continu porté par un bus de N paires
de câbles existant
délivrant une tension typiquement de 48V et/ou 400V à l'aval des
convertisseurs DC/DC 105,
105' en provenance du routeur 114 et à destination d'une pluralité de relais
300, 300' et des
appareils électriques associés ;
- une fourniture de courant électrique continu porté par le même bus de N
paires de câbles
existant, où le nombre de paires de câbles secourus peut être égale ou
inférieur à N, délivrant
une tension typiquement de 48V et/ou 400V, en provenance de la batterie de
stockage d'énergie
600 et/ou véhicule électrique 800 et à destination d' une pluralité de relais
300, 300' et des
appareils électriques associés.
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Cela permet en outre de réaliser un dispositif du type streaming de
l'énergie en réalisant le
schéma suivant à titre d'exemple :
- un équipement électrique sollicite de l'énergie ;
- le processeur 110 de l'unité de coordination 100 reconnait la signature
de l'équipement
électrique, a déjà appris ses cycles de consommation, a déjà anticipé sa
future demande et a
provisionné et commencé à stocker une partie de cette énergie ;
- le processeur 110 autorise l'équipement électrique via le relai 300 et un
répartiteur, ou via
plusieurs répartiteurs en cascade, à puiser son énergie directement sur la
batterie 600 via le bus
électrique de courant continu 102;
- pendant ce temps, le processeur 110 continue à provisionner l'énergie
nécessaire pour cet
équipement et à la stocker, par exemple via le chargeur 500 et d'autres lignes
des mêmes
répartiteurs.
Une fois les transferts d'énergie réalisés, les transactions financières
s'opèrent par
l'intermédiaire de l'agent facturation 112. Ici, la monnaie virtuelle utilisée
est appelée, ici,
WATTCOIN . La cession d'énergie permet à chaque réseau particulier d'obtenir
des
WATTCOINs qui à leurs tours permettent d'acquérir de l'énergie, du temps
d'usage électrique,
ou encore, par exemple, du temps de recharge d'un véhicule électrique dans le
quartier.
Un site ou plate-forme distante, par l'intermédiaire des moyens de
communication 109 est apte
à mettre à jour l'intelligence de l'unité coordinatrice 100, comprenant :
- un système d'exploitation mis en oeuvre par le processeur 110,
- les agents de l'unité coordinatrice 100,
- les protocoles de communications des moyens de communication 109, 115,
116, 104, 104,
- de nouveaux services, stockés en mémoire de l'unité coordinatrice 100,
utilisant par exemple
le WALLETT et le WATTCOIN, ou utilisant les données en provenance des moyens
de
communication 104, 104',
Le site ou la plate-forme distante est en outre apte à recevoir les comptages
électriques des
réseaux généraux 200, 1000 par l'intermédiaire de l'interface 115.
La plate-forme distante est également apte à collecter des données
statistiques et de transactions
fournie par chaque unité coordinatrice 100 pour faire évoluer les services,
les offres, ou encore
la comptabilité analytique.
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Le système selon l'invention a été décrit à l'état opérationnel, propre à
mettre en oeuvre un
procédé selon l'invention. Le système peut aussi prendre la forme d'un kit
pour installer le
système, par exemple sur une architecture électrique existante. Un tel kit
comprend par
exemple :
- un premier dispositif apte à être connecté à un réseau particulier 1 de
manière à former une
unité de coordination 100, et/ou
- au moins un second dispositif apte à se brancher sur une ligne d'un
réseau particulier 1 de
manière à former un relai 300.
En outre, un programme informatique selon l'invention comporte des
instructions pour la mise
en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-avant lorsque ce programme est
exécuté par un
processeur.
L'invention ne se limite pas aux exemples de procédés, systèmes, kits et
programmes décrits ci-
avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que
pourra envisager
l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.
Les caractéristiques suivantes peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre
:
- un réseau particulier comprend au moins un groupe fonctionnel de génération
d'énergie
électrique et/ou au moins un groupe fonctionnel de stockage d'énergie
électrique ;
- le réseau particulier comprend un groupe fonctionnel de stockage
d'énergie électrique, les
données d'état du groupe fonctionnel comprenant des informations relatives à
un niveau de
charge et/ou des informations relatives à une quantité d'énergie stockée
disponible ;
- au moins un réseau général comprend un réseau de courant alternatif et un
réseau de courant
continu ;
- certaines des données d'état des appareils comprennent des besoins pour un
démarrage
instantané ou différé desdits appareils et/ou un indice de priorité dépendant
du caractère
instantané ou différé des besoins ;
- l'unité de coordination comprend un agent de prévision et un accès à une
mémoire de stockage
de données, le procédé comprenant en outre établir un modèle prévisionnel de
ressources ou de
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besoins en énergie électrique d'un groupe fonctionnel par le module de
prévision en fonction
des données d'état reçues, l'établissement de l'ensemble des ressources et des
besoins étant
réalisé sur la base du modèle prévisionnel stocké dans la mémoire ;
- l'unité de coordination est équipée d'un module d'apprentissage et d'un
accès à un moyen de
stockage de données sur lequel est stocké un modèle prévisionnel en fonction
du temps de
ressources ou de besoins en énergie électrique d'un groupe fonctionnel, le
procédé comprenant
en outre mettre à jour le modèle prévisionnel par le module d'apprentissage en
fonction des
données d'état reçues, l'établissement de l'ensemble des ressources et des
besoins étant réalisé
sur la base du modèle prévisionnel mis à jour ;
- le modèle prévisionnel est établi et/ou mis à jour en fonction des
données d'état propres à
chaque groupe fonctionnel, de données météorologiques et de données tarifaires
;
- l'unité de coordination est équipée d'un module d'échange et d'un accès à
une plateforme
d'échange commune à plusieurs des réseaux particuliers, la confrontation des
ressources et des
besoins internes avec les ressources et les besoins externes étant réalisée
via le module
d'échange sur ladite plateforme commerciale ;
- les besoins et les ressources comprennent :
- des données relatives à la quantité d'énergie électrique,
et l'un au moins parmi
- des données relatives à la localisation de la source d'énergie
électrique, et
- des données relatives au type de production de l'énergie électrique ;
- chaque certificat numérique comprend un identifiant du noeud par lequel
l'énergie électrique
est injectée sur le réseau général ; et
- les relais comprennent en outre des moyens de protection propres à isoler
électriquement le
groupe d'appareils du noeud en cas de défaut électrique, de sorte que les
relais viennent en
remplacement de dispositifs de protection lors de l'installation du système
sur une architecture
électrique existante.
