IBTSS-05-OMM
DETAIL DE L’AMENAGEMENT DU SIMPLON
INTRODUCTION
Au col du Simplon, sur le versant sud pas loin de Gondo, les eaux de trois lacs sont turbinées par trois cen-trales hydroélectriques. HYDRO Exploitation SA gère l’ensemble de l’aménagement qui appartient à la so-ciété Energie Electrique du Simplon. L’objectif de ce projet de diplôme est de réaliser un outil de prévision pour la production de ces trois cen-trales. Les engagements de différentes turbines seront planifiés sur un horizon d’une semaine en tenant compte : – Des différents états des machines (possibilité d’engagement, limitation physique et technique des installations) – Des profils de production proposés par le centre d’exploitation et de gestion (Dispatching d’Alpiq).
Le modèle hydrologique
qui peut prévoir avec une bonne fiabilité les débits rentrant dans les lacs et donc les quantités d’énergie disponibles en fonction du temps. Pour ce model les va-riables d’entrée sont, d’une part la situation passée et actuelle des bassins versants, et, d’autre part, les prévisions météorologiques (températures et précipitations).
Ce modèle devrait idéalement être implémenté avec un logiciel tel que RS-Minerve (produit par l’entreprise Crealp à Sion, accessible gratuitement), un outil de prévisions hydrologiques qui, très intuitivement, permet de modéliser le bassin versant des différents lacs et, à l’aide des pré-visions de température et de précipitations (qu’il faut saisir en entrée), obtient de bonnes prévi-sions hydrologiques pour les bassins.
Par faute de temps, ce projet a modélisé l’hydrologie dans les différents lacs de l’aménagement à partir des données historiques fournies par HYDRO Exploitation, et en se concentrant, pour une première approche, sur une semaine du mois d’avril. Le mois d’avril a été choisi, car, comme expliqué dans le chapitre trois, il fait partie des mois où la production sur le site est très variable, et donc plus intéressante à simuler par sa plus grande imprévisibilité. Toutefois, l’intégration des résultats d’un tel logiciel a été prise en compte dans l’implémentation du pro-gramme pour une future application.
Les termes temporels de l’optimisation
La notion de temps devient primordiale dans le contexte d’une optimisation de production : quel est le temps idéal de prévision ? Faut-il avoir différents temps de prévision : le long terme pour les stratégies annuelles, le moyen terme pour les saisons et le court terme pour les jour-nées de production ? Il est vrai que pour les grands aménagements, une optimisation doit avoir ces trois dimension temporelles ancrées dans son système afin que leurs interactions soient op-timales et que les objectifs de chacune ne soient pas contradictoires. Cependant, dans notre système, comme déjà mentionné plus haut, nous nous concentrons sur le court terme.
Le système simulera 7 jours de production, et l’état des machines sera évalué avec trois va-riantes : chaque quinze minute, chaque demi-heure ou chaque heure.
LA FONCTION OBJECTIF
Les principes des critères à optimiser
La fonction objectif d’une optimisation, appelée aussi fonction de coût ou fonction fitness, doit servir de critère pour déterminer la meilleure solution à un problème. C’est grâce à celle-ci que nous mesurons les effets de nos actions sur le système à optimiser. Pour ce projet le terme de fonction de coût est le plus approprié, car toutes les mesures de critères sont exprimées en francs suisse.
Ce système doit utiliser la fonction de coût pour minimiser le coût global du système, qui a comme critères les éléments de la liste suivante :
Les niveaux des lacs (ne pas dénoyer et déverser le moins possible)
La différence entre le programme du dispatching d’Alpiq et la prévision du système
Les rendements des turbines selon le pourcentage de leur charge (utilisation des courbes de rendements)
Le nombre de machines en marche
Les temps de changements de régime des turbines (une fois engagée, une machine doit produire au moins une heure avant d’être éteinte. Il faut essayer d’éviter les change-ments continus d’état de machines, etc.)
L’OUTIL INFORMATIQUE
L’outil de prévision dont les jalons ont été posés jusqu’ici a été réalisé informatiquement en uti-lisant le langage de programmation C/C++. Le compilateur Qt Creator a été choisi pour la cons-truction du logiciel de prévision.
Dans un premier temps, lors du projet de semestre qui précède le présent travail de diplôme, une tentative d’utilisation de l’algorithme évolutionnaire du logiciel Excel a été effectuée en simplifiant le système physique en modélisant uniquement un bassin d’accumulation et une centrale de production. Le système fonctionnait mais, malgré la réduction de la complexité du système, les limites de calcul du logiciel de Microsoft permettaient de simuler seulement une vingtaine de quart d’heure de production, soit 5 heures. Voilà pourquoi le choix d’un langage de programmation plus sophistiqué, qui permettait de prévoir sept jour de production.
La structure du programme informatique a été pensée de manière à rendre générique l’application de l’algorithme génétique utilisé. Cela veut dire que l’architecture de programma-tion a été dès le début réfléchi pour qu’une autre application de l’algorithme puisse facilement être intégrée au système sans devoir modifier les structures des applications existantes ou de-voir en créer une différente.
La configuration
Les fichiers de configuration contiennent toutes les informations techniques propres à l’aménagement.
Le premier fichier à remplir est celui de la configuration général : c’est ici que l’on spécifie le nombre de bassins de l’aménagement, ainsi que le nombre de centrales.
Il faut ensuite spécifier le prix moyen de l’électricité négocié par Alpiq et le prix de revente hors programme du dispatching.
Ensuite il faut remplir un fichier de configuration par bassin et par centrale.
Le fichier pour les lacs est composé des données suivantes :
La surface du bassin versant, pour le modèle hydrologique
Les hauteurs minimum et maximum du lac ainsi que la hauteur au moment où la simula-tion est lancée
L’altitude de la centrale de production reliée au bassin en question
La disponibilité des lacs
Les coefficients des équations polynomiales du volume en fonction de la hauteur et de la hauteur en fonction du volume.
La création du premier individu
Nous avons créé un premier individu qui n’a pas tout à fait les caractéristiques exactes d’une solution potentielle (comme celui décrit dans la figure 18). En effet nous avons augmenté la taille de l’individu pour donner plus de gènes à disposition de l’algorithme lorsqu’il génère la première population. On définit tous les gènes qui sont de trop pour l’individu entant que gènes de réserve. Un individu a autant de gènes que de pas de temps de simulation, 168 pour la va-riante à l’heure par exemple : on lui attribue en réalité le double de gènes qui devraient le ca-ractériser, pour permettre à l’algorithme d’explorer un espace de recherche le plus grand pos-sible.
CONCLUSION
Après avoir présenté les enjeux de l’optimisation de la production de l’aménagement du Simplon, en passant en revue les détails du fonctionnement d’un algorithme génétique, la fonction de coût choisie pour notre algorithme et la structure du programme qui a été réalisé, on a pu exposer la fonctionnalité d’un tel système.
Les résultats sont prometteurs, l’algorithme réussi effectivement à prendre toutes les contraintes de notre système en compte, en minimisant les coûts liés à chacune d’entre elles. Hors, il est vrai que nous n’avons pas la certitude que les résultats proposés par notre outil soient des optimums au problème à résoudre, par contre, les simulations ont démontré qu’il s’agit bien de solutions optimal.
Les choix des pondérations restent un facteur d’une influence majeur pour le système, un résul-tat peut être complétement différent en passant d’une variante à une autre, même si apparem-ment celles-ci ne diffèrent pas énormément. L’utilisateur a donc, comme il était souhaité, un im-pact important sur le système.
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Table des matières
1 INTRODUCTION
1.1 OBJECTIF
1.2 CONTEXTE
2 DETAIL DE L’AMENAGEMENT DU SIMPLON
2.1 Historique
2.2 Détails de production
2.1 Les régimes hydrologiques
3 ENJEUX D’UNE OPTIMISATION
3.1 La position du projet dans la chaîne de production hydroélectrique
3.2 Une commande à priori
3.3 Les termes temporels de l’optimisation
4 LA FONCTION OBJECTIF
4.1 Les principes des critères à optimiser
4.2 Le détail des coûts individuels
5 STRATEGIE D’OPTIMISATION
5.1 Choix de l’algorithme génétique
5.2 La population de départ
6 L’OUTIL INFORMATIQUE
6.1 L’organisation du programme
6.2 Les détails à connaitre
7 LES RESULTATS DES SIMULATIONS
7.1 Simulation à l’heure
7.2 Simulation au quart d’heure
8 CONCLUSION
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