SYSTèME ET MéTHODE POUR CONTRôLER UNE éOLIENNE

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention a pour objet un système et une méthode pour contrôler une éolienne. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système pour contrôler une éolienne avec un système de détection de givre lors de conditions de glaçage des pales, ainsi qu'une méthode pour contrôler de l'éolienne dans de telles conditions.

DESCRIPTION DE L ¹ ART ANTéRIEUR

Les systèmes utilisés aujourd'hui pour détecter le givre sur les pales d'une éolienne tentent de déterminer la présence de givre par différentes méthodes et transmettent un signal de détection au système de contrôle de l'éolienne qui l'arrête au même moment. L'expérience démontre que l'efficacité de ces systèmes est grandement variable et que le signal d'arrêt émis peut arriver tard après le début de l'événement givrant et même parfois pas du tout. C'est donc dire qu'il y a déjà une accumulation non-négligeable de givre sur les pales au moment de l'arrêt de l'éolienne et qu'il y avait risque de morcellement et de projection du givre à une vitesse suffisante pour causer des blessures ou des dommages matériels en plus d'exiger qu'un cycle naturel de dégivrage plus long soit complété préalablement au redémarrage de l'éolienne. Dans la plupart des cas, cela se concrétise par plusieurs jours d'attente des conditions climatiques favorables à la fonte du givre.

Il existe donc un besoin pour un système et une méthode plus fiable et qui a la capacité d'anticiper la formation de givre sur les pales de l'éolienne afin d'annuler complètement les risques de projection de glace.

SOMMAIRE DE L'INVENTION

La présente invention a pour objet de fournir un système et une méthode permettant de répondre à au moins un des besoins énumérés précédemment.

Plus précisément, l'invention a pour objet un système pour contrôler une éolienne, comprenant :

-des instruments météorologiques pour mesurer des conditions climatiques ambiantes, et générer des signaux météorologiques en conséquence;

-une mémoire pour garder en mémoire une tolérance de glaçage; -un premier calculateur pour calculer une probabilité de glaçage globale à partir des signaux météorologiques; et

-un contrôleur pour arrêter l'éolienne lorsque la probabilité de glaçage globale est supérieure à la tolérance de glaçage.

L'invention a aussi pour objet une méthode pour contrôler une éolienne, comprenant les étapes de: a) mesurer des conditions climatiques ambiantes, et générer des signaux météorologiques en conséquence; b) garder dans une mémoire une tolérance de glaçage; c) calculer une probabilité de glaçage globale à partir des signaux météorologiques; et d) arrêter l'éolienne lorsque la probabilité de glaçage globale est supérieure à la tolérance de glaçage.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit d'un mode de réalisation préférentiel de celle-ci, faite en se référant aux dessins annexés.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

La Figure 1 est un schéma bloc du fonctionnement du système, selon un mode de réalisation préféré de l'invention.

Les Figures 2A à 2E forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_MOYENNES du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1.

Les Figures 3A à 3D forment un schéma bloc détaillé du processus MESURE_EFFICACITé du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1.

Les Figures 4A à 4D forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_PROB_GIVRE du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1.

Les Figures 5 et 6 forment un schéma bloc détaillé du processus GESTION_ARRêT du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1.

Les Figures 7A à 7E forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_MOYENNES du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un premier exemple avec des données numériques.

Les Figures 8A à 8D forment un schéma bloc détaillé du processus MESURE_EFFICACITé du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un premier exemple avec des données numériques.

Les Figures 9A à 9D forment un schéma bloc détaillé du processus

CALCUL_PROB_GIVRE du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un premier exemple avec des données numériques.

Les Figures 10 et 11 forment un schéma bloc détaillé du processus GESTION_ARRêT du système de contrôle de Teolienne de la Figure 1 , montrant un premier exemple avec des données numériques.

Les Figures 12A à 12E forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_MOYENNES du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un deuxième exemple avec des données numériques.

Les Figures 13A à 13D forment un schéma bloc détaillé du processus MESURE_EFFICACITé du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un deuxième exemple avec des données numériques.

Les Figures 14A à 14D forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_PROB_GIVRE du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un deuxième exemple avec des données numériques.

Les Figures 15 et 16 forment un schéma bloc détaillé du processus GESTION_ARRéT du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un deuxième exemple avec des données numériques.

Les Figures 17A à 17E forment un schéma bloc détaillé du processus CALC U L-MOYEN N ES du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un troisième exemple avec des données numériques.

Les Figures 18A à 18D forment un schéma bloc détaillé du processus MESURE_EFFICACITé du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un troisième exemple avec des données numériques.

Les Figures 19A à 19D forment un schéma bloc détaillé du processus CALCUL_PROB_GIVRE du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un troisième exemple avec des données numériques.

Les Figures 20 et 21 forment un schéma bloc détaillé du processus GESTION_ARRêT du système de contrôle de l'éolienne de la Figure 1 , montrant un troisième exemple

avec des données numériques.

La Figure 22 est un graphique illustrant un tracé polygonal avec interpolation de premier ordre.

La Figure 23 est un graphique illustrant un exemple de réponse à un échelon du bloc- fonction LAG.

La Figure 24 est un graphique illustrant un exemple de réponse indicielle du bloc- fonction LAG_FI LTER.

Les Figures 25A et 25B sont des graphiques illustrant des diagrammes de cycles du bloc-fonction FUZ_ATERM_REAL avec 2 fonctions d'appartenance et 4 fonctions d'appartenance respectivement.

DESCRIPTION DéTAILLéE DU MODE DE RéALISATION PRéFéRé DE

L'INVENTION

Un objectif de l'invention est atteint avec un système et une méthode qui lit, enregistre et filtre en continu les conditions climatiques afin de déterminer celles qui sont propices à l'accumulation de givre sur les pales de l'éolienne tout en étant lié au système de contrôle de l'éolienne afin de mesurer également en continu son niveau d'efficacité et d'en commander éventuellement l'arrêt.

L'objectif de détecter le givre et de contrôler une éolienne est atteint avec un système 10, tel qu'illustré à la Figure 1. Le système 10 pour contrôler une éolienne 12 comprend des instruments météorologiques 14 pour mesurer des conditions climatiques ambiantes et générer des signaux météorologiques en conséquence, une mémoire 16A pour garder en mémoire une tolérance de glaçage, un premier calculateur 18 pour calculer une probabilité de glaçage globale à partir des signaux météorologiques et un contrôleur 20 pour arrêter l'éolienne 12 lorsque la probabilité

de glaçage globale est supérieure à la tolérance de glaçage.

Tel qu'illustré dans la Figure 1 , préférablement la mémoire 16B garde en mémoire des courbes d'efficacité de référence et une tolérance de déviation d'efficacité, et le système comprend en outre des capteurs 22 pour détecter une puissance moyenne générée par l'éolienne, une position des pales moyenne de l'éolienne, et une vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne, et pour générer des signaux d'efficacité en conséquence. Le système 10 comprend aussi un deuxième calculateur 24 pour calculer une efficacité actuelle de l'éolienne à partir des signaux d'efficacité. Le contrôleur 20 arrête l'éolienne lorsqu'une déviation entre l'efficacité actuelle et une efficacité moyenne calculée à partir des courbes d'efficacité de référence est supérieure à la tolérance de déviation d'efficacité.

Préférablement, les conditions climatiques comprennent une température ambiante moyenne autour de l'éolienne, une humidité relative ambiante moyenne autour de l'éolienne, et un rayonnement solaire ambiant moyen autour de l'éolienne. De plus, tel qu'illustré dans les figures 4A à 4D ₁ le premier calculateur 18 préférablement comprend :

-un premier moyen 1 10 pour calculer une première consigne d'humidité relative associée avec la température ambiante moyenne, ladite première consigne étant obtenue par interpolation d'une première courbe caractéristique de consignes caractéristiques d'humidité relative en fonction d'une température ambiante caractéristique; -un deuxième moyen 1 12 pour calculer une deuxième consigne d'humidité relative résultant d'une soustraction d'une valeur de limite inférieure de la première consigne;

-un troisième moyen 1 14 pour calculer une première probabilité partielle de glaçage correspondant à un premier degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de l'humidité moyenne ambiante vers la première consigne selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés

d'appartenance de l'humidité moyenne ambiante à la première consigne et la deuxième consigne;

-un quatrième moyen 116 pour calculer un deuxième degré d'approche et un troisième degré d'approche entre 0.0 et 1 .0 de la température ambiante moyenne vers une température inférieure limite et une température supérieure limite respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à une série de températures comprenant la température inférieure limite, la température supérieure limite, au moins une température additionnelle inférieure à la température inférieure limite et au moins une température additionnelle supérieure à la température supérieure limite;

-un cinquième moyen 1 18 pour calculer une deuxième probabilité partielle de glaçage en additionnant le deuxième degré d'approche et le troisième degré d'approche;

-un sixième moyen 120 pour calculer une troisième probabilité partielle de glaçage en multipliant la première probabilité partielle de glaçage et la deuxième probabilité partielle de glaçage; -un septième moyen 122 pour calculer pour calculer un quatrième degré d'approche et un cinquième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 du rayonnement solaire ambiant moyen vers un rayonnement solaire inférieur limite et un rayonnement solaire supérieur limite respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance du rayonnement solaire ambiant moyen à une série de valeurs de rayonnement solaire comprenant le rayonnement solaire inférieur limite et le rayonnement solaire supérieur limite et au moins deux autres valeurs de rayonnement solaire entre le rayonnement solaire inférieur limite et le rayonnement solaire supérieur limite; -un huitième moyen 124 pour calculer un indice de bonification par rayonnement solaire selon la formule

indice de bonification = ((quatrième degré d'approche)x0.1 ) +1 .0; -un neuvième moyen 126 pour calculer un indice de pénalisation par rayonnement solaire selon la formule indice de pénalisation = 1 .0 - ((cinquième degré d'approche)x0.1 ); -un dixième moyen 128 pour calculer la probabilité de glaçage amplifiée en multipliant la troisième probabilité partielle de glaçage par l'indice de bonification et l'indice de pénalisation; et -un onzième moyen 130 pour calculer la probabilité de glaçage globale qui est égale à la probabilité de glaçage amplifiée si la probabilité de glaçage amplifiée est égale ou inférieure à 1 .0 et la probabilité de glaçage globale est égale à 1.0 si la probabilité de glaçage amplifiée est supérieure à 1.0.

Tel qu'illustré dans les Figures 3A à 3D, préférablement, le deuxième calculateur 24 comprend :

-un douzième moyen 132 pour calculer une première vitesse de vent théorique associée avec la puissance moyenne générée par l'éolienne, ladite première vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une deuxième courbe caractéristique de puissance générée en fonction de la vitesse de vent à une température la plus basse mesurée autour l'éolienne;

-un treizième moyen 134 pour calculer une deuxième vitesse de vent théorique associée avec la puissance moyenne générée par l'éolienne, ladite deuxième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une troisième courbe caractéristique de puissance générée en fonction de la vitesse de vent à une température la plus haute mesurée autour l'éolienne;

-un quatorzième moyen 136 pour calculer un sixième degré d'approche et un septième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la température ambiante moyenne vers une première température critique et une deuxième température critique respectivement selon une opération de

fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à la première température critique et la deuxième température critique;

-un quinzième moyen 138 pour calculer une première vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le sixième degré d'approche par la première vitesse de vent théorique, une deuxième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le septième degré d'approche par la deuxième vitesse de vent théorique, et une troisième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la première vitesse de vent théorique intermédiaire et la deuxième vitesse de vent théorique intermédiaire;

-un seizième moyen 140 pour calculer une troisième vitesse de vent théorique associée avec la position moyenne des pales de réolienne, ladite troisième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une troisième courbe caractéristique de la position des pales en fonction de la vitesse de vent à la température la plus basse mesurée autour réolienne;

-un dix-septième moyen 142 pour calculer une quatrième vitesse de vent théorique associée avec la position moyenne des pales de l'éolienne, ladite quatrième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une quatrième courbe caractéristique de la position des pales en fonction de la vitesse de vent à la température la plus haute mesurée autour l'éolienne; -un dix-huitième moyen 144 pour calculer un huitième degré d'approche et un neuvième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la température ambiante moyenne vers une troisième température critique et une quatrième température critique respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à la troisième température critique et la quatrième température critique;

-un dix-neuvième moyen 146 pour calculer une quatrième vitesse de

vent théorique intermédiaire en multipliant le huitième degré d'approche par la troisième vitesse de vent théorique, une cinquième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le neuvième degré d'approche par la quatrième vitesse de vent théorique, et une sixième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la quatrième vitesse de vent théorique intermédiaire et la cinquième vitesse de vent théorique intermédiaire;

-un vingtième moyen 148 pour calculer un dixième degré d'approche et un onzième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne vers une première vitesse de vent critique et une deuxième vitesse de vent critique respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la vitesse de vent moyenne à la première vitesse de vent critique et la deuxième vitesse de vent critique; -un vingt-et-unième moyen 150 pour calculer une septième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le dixième degré d'approche par la troisième vitesse de vent théorique intermédiaire, une huitième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant l'onzième degré d'approche par la sixième vitesse de vent théorique intermédiaire, et une neuvième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la septième vitesse de vent théorique intermédiaire et la huitième vitesse de vent théorique intermédiaire; et

-un vingt-deuxième moyen 152 pour calculer la déviation entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne en soustrayant la vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne de la neuvième vitesse de vent intermédiaire.

Préférablement, tel qu'illustré sur la Figure 6, le premier calculateur comprend un vingt-troisième moyen pour comparer la probabilité globale de glaçage avec une probabilité de dépassement, préférablement 98%, activer une minuterie si la valeur de la probabilité globale de glaçage est égale ou supérieure à la probabilité de

dépassement, remettre à zéro la minuterie si la valeur de la probabilité globale de glaçage est inférieure à la probabilité de dépassement, et le contrôleur arrête l'éolienne si la minuterie demeure active pendant une durée au-delà d'une période de temps critique, préférablement 20 minutes.

Préférablement, tel qu'illustré sur la Figure 5, le deuxième calculateur comprend un moyen 160 pour ajuster la déviation entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne pour l'éolienne avant de comparer la déviation à la tolérance de déviation, en additionnant à la déviation une moyenne de déviations entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne pour une série d'autres éoliennes adjacentes à l'éolienne comprenant le système de contrôle et en divisant le résultat de l'addition par deux. Ce processus permet d'ajouter un effet du parc dans son ensemble à la déviation qui sera ensuite utilisée pour vérifier s'il y a dépassement ou non de la tolérance.

Préférablement, la mémoire garde en mémoire des courbes d'efficacité de référence et une tolérance de déviation d'efficacité. De plus, le système comprend en outre des capteurs pour détecter une puissance moyenne générée par l'éolienne, une position des pales moyenne de l'éolienne, et une vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne, et générer des signaux d'efficacité en conséquence. Le système comprend aussi un deuxième calculateur pour calculer une efficacité actuelle de l'éolienne à partir des signaux d'efficacité. Tel qu'illustré sur la Figure 6, le système comprend également un troisième calculateur comprenant un premier moyen 170 pour calculer un paramètre de sensibilisation associée avec la probabilité de glaçage globale, ledit paramètre de sensibilisation étant obtenu par interpolation d'une courbe caractéristique du paramètre de sensibilisation en fonction de la probabilité de glaçage, et un deuxième moyen 172 pour calculer une tolérance de déviation d'efficacité sensibilisée en soustrayant le paramètre de sensibilisation de la tolérance de déviation d'efficacité. Le contrôleur arrête l'éolienne lorsqu'une déviation entre l'efficacité actuelle et une efficacité moyenne calculée à partir des courbes d'efficacité de référence est supérieure à la tolérance de déviation d'efficacité sensibilisée.

L'invention a aussi pour objet une méthode pour contrôler une éolienne, comprenant les étapes de: a) mesurer des conditions climatiques ambiantes, et générer des signaux météorologiques en conséquence; b) garder dans une mémoire une tolérance de glaçage; c) calculer une probabilité de glaçage globale à partir des signaux météorologiques; et d) arrêter l'éolienne lorsque la probabilité de glaçage globale est supérieure à la tolérance de glaçage.

Préférablement, la méthode de contrôler l'éolienne comprend en outre les étapes de : e) garder dans la mémoire des courbes d'efficacité de référence et une tolérance de déviation d'efficacité; f) détecter une puissance moyenne générée par l'éolienne, une position des pales moyenne de l'éolienne, et une vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne, et générer des signaux d'efficacité en conséquence; g) calculer une efficacité actuelle de l'éolienne à partir des signaux d'efficacité; h) arrêter l'éolienne lorsqu'une déviation entre l'efficacité actuelle et une efficacité moyenne calculée à partir des courbes d'efficacité de référence est supérieure à la tolérance de déviation d'efficacité.

Préférablement, selon cette méthode, les conditions climatiques comprennent une température ambiante moyenne autour de l'éolienne, une humidité relative ambiante moyenne autour de l'éolienne, et un rayonnement solaire ambiant moyen autour de l'éolienne et l'étape c) comprend les sous-étapes de: i) calculer une première consigne d'humidité relative associée avec la température ambiante moyenne, ladite première consigne étant obtenue par interpolation d'une première courbe caractéristique de

consignes caractéristiques d'humidité relative en fonction d'une température ambiante caractéristique; ii) calculer une deuxième consigne d'humidité relative résultant d'une soustraction d'une valeur de limite inférieure de la première consigne; iii) calculer une première probabilité partielle de glaçage correspondant à un premier degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de l'humidité moyenne ambiante vers la première consigne selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de l'humidité moyenne ambiante à la première consigne et la deuxième consigne; iv) calculer un deuxième degré d'approche et un troisième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la température ambiante moyenne vers une température inférieure limite et une température supérieure limite respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à une série de températures comprenant la température inférieure limite, la température supérieure limite, au moins une température additionnelle inférieure à la température inférieure limite et au moins une température additionnelle supérieure à la température supérieure limite; v) calculer une deuxième probabilité partielle de glaçage en additionnant le deuxième degré d'approche et le troisième degré d'approche; vi) calculer une troisième probabilité partielle de glaçage en multipliant la première probabilité partielle de glaçage et la deuxième probabilité partielle de glaçage; vii) calculer pour calculer un quatrième degré d'approche et un cinquième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 du rayonnement solaire ambiant moyen vers un rayonnement solaire inférieur limite et un rayonnement solaire supérieur limite respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance du rayonnement solaire ambiant moyen à une série de valeurs de

rayonnement solaire comprenant le rayonnement solaire inférieur limite et le rayonnement solaire supérieur limite et au moins deux autres valeurs de rayonnement solaire entre le rayonnement solaire inférieur limite et le rayonnement solaire supérieur limite; viii) calculer un indice de bonification par rayonnement solaire selon la formule indice de bonification = ((quatrième degré d'approche)x0.1 ) +1.0; ix) calculer un indice de pénalisation par rayonnement solaire selon la formule indice de pénalisation = 1.0 - ((cinquième degré d'approche)xO.1 ); x) calculer la probabilité de glaçage amplifiée en multipliant la troisième probabilité partielle de glaçage par l'indice de bonification et l'indice de pénalisation; et xi) calculer la probabilité de glaçage qui est égale à la probabilité de glaçage amplifiée si la probabilité de glaçage amplifiée est égale ou inférieure à 1.0 et la probabilité de glaçage est égale à 1.0 si la probabilité de glaçage amplifiée est supérieure à 1.0.

Préférablement, l'étape g) comprend les sous-étapes de: xii) calculer une première vitesse de vent théorique associée avec la puissance moyenne générée par l'éolienne, ladite première vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une deuxième courbe caractéristique de puissance générée en fonction de la vitesse de vent à une température la plus basse mesurée autour l'éolienne; xiii) calculer une deuxième vitesse de vent théorique associée avec la puissance moyenne générée par l'éolienne, ladite deuxième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une troisième courbe caractéristique de puissance générée en fonction de la vitesse de vent à une température la plus haute mesurée autour l'éolienne; xiv) calculer un sixième degré d'approche et un septième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la température ambiante moyenne vers

une première température critique et une deuxième température critique respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à la première température critique et la deuxième température critique; xv) calculer une première vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le sixième degré d'approche par la première vitesse de vent théorique, une deuxième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le septième degré d'approche par la deuxième vitesse de vent théorique, et une troisième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la première vitesse de vent théorique intermédiaire et la deuxième vitesse de vent théorique intermédiaire; xvi) calculer une troisième vitesse de vent théorique associée avec la position moyenne des pales de l'éolienne, ladite troisième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une troisième courbe caractéristique de la position des pales en fonction de la vitesse de vent à la température la plus basse mesurée autour l'éolienne; xvii) calculer une quatrième vitesse de vent théorique associée avec la position moyenne des pales de l'éolienne, ladite quatrième vitesse de vent théorique étant obtenue par interpolation d'une quatrième courbe caractéristique de la position des pales en fonction de la vitesse de vent à la température la plus haute mesurée autour l'éolienne; xviii) calculer un huitième degré d'approche et un neuvième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la température ambiante moyenne vers une troisième température critique et une quatrième température critique respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la température moyenne ambiante à la troisième température critique et la quatrième température critique; xix) calculer une quatrième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le huitième degré d'approche par la troisième vitesse de

vent théorique, une cinquième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le neuvième degré d'approche par la quatrième vitesse de vent théorique, et une sixième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la quatrième vitesse de vent théorique intermédiaire et la cinquième vitesse de vent théorique intermédiaire; xx) calculer un dixième degré d'approche et un onzième degré d'approche entre 0.0 et 1.0 de la vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne vers une première vitesse de vent critique et une deuxième vitesse de vent critique respectivement selon une opération de fuzzification pour obtenir des degrés d'appartenance de la vitesse de vent moyenne à la première vitesse de vent critique et la deuxième vitesse de vent critique; xxi) calculer une septième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant le dixième degré d'approche par la troisième vitesse de vent théorique intermédiaire, une huitième vitesse de vent théorique intermédiaire en multipliant l'onzième degré d'approche par la sixième vitesse de vent théorique intermédiaire, et une neuvième vitesse de vent théorique intermédiaire en additionnant la septième vitesse de vent théorique intermédiaire et la huitième vitesse de vent théorique intermédiaire; et xxii) calculer la déviation entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne en soustrayant la vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne de la neuvième vitesse de vent intermédiaire.

Préférablement, la méthode de contrôler l'éolienne selon l'invention comprend en outre l'étape d'ajuster la déviation entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne pour l'éolienne avant de comparer la déviation à la tolérance de déviation, en additionnant à la déviation une moyenne de déviations entre l'efficacité actuelle et l'efficacité moyenne pour une série d'autres éoliennes adjacentes à l'éolienne comprenant le système de contrôle et en divisant le résultat de l'addition par deux.

Préférablement, la méthode de contrôler l'éolienne selon l'invention, comprend en outre les étapes de : e) garder dans la mémoire des courbes d'efficacité de référence et une tolérance de déviation d'efficacité; f) détecter une puissance moyenne générée par l'éolienne, une position des pales moyenne de l'éolienne, et une vitesse de vent moyenne autour de l'éolienne, et générer des signaux d'efficacité en conséquence; g) calculer une efficacité actuelle de l'éolienne à partir des signaux d'efficacité; h) calculer un paramètre de sensibilisation associée avec la probabilité de glaçage globale, ledit paramètre de sensibilisation étant obtenu par interpolation d'une courbe caractéristique du paramètre de sensibilisation en fonction de la probabilité de glaçage; i) calculer une tolérance de déviation d'efficacité sensibilisée en soustrayant le paramètre de sensibilisation de la tolérance de déviation d'efficacité; et j) arrêter l'éolienne lorsqu'une déviation entre l'efficacité actuelle et une efficacité moyenne calculée à partir des courbes d'efficacité de référence est supérieure à la tolérance de déviation d'efficacité sensibilisée.

L'objectif est d'anticiper la formation de givre sur les pales d'une éolienne et d'en commander l'arrêt jusqu'à ce que les conditions climatiques favorisant cette formation de givre disparaissent.

Mise en oeuyre

Tel qu'illustré par la figure 1 , le système doit se composer au moins d'un automate

(ou tout autre système de caractéristiques semblables) dans lequel sera implanté le programme (mécanisme logiciel), d'une éolienne, des composantes nécessaires pour acheminer les données d'opération de l'éolienne vers l'automate et d'un ensemble d'équipements de météorologie comprenant une sonde de température, une sonde d'humidité relative et une sonde de mesure du rayonnement solaire

(pyranomètre). Le tout doit être alimenté et inter-relié.

Le mécanisme logiciel effectue séquentiellement et répétitivement plusieurs tâches (processus) dont principalement celles-ci :

Lecture des conditions climatiques et calculs des moyennes (processus CALCUL_MOYENNES)

Mesure de l'efficacité de l'éolienne (processus MESURE_EFFICACITé) - Calcul d'un indice de givre (processus CALCUL_PROB_GIVRE)

émission d'une commande d'arrêt si nécessaire (processus GESTION_ARRêT)

Lecture des conditions climatiques et calculs des moyennes :

Tel qu'illustré dans les Figures 2A à 2E, le système par le processus CALCUL_MOYENNES fait des lectures en temps réel des conditions climatiques (humidité relative, température ambiante et rayonnement solaire). Il utilise ces lectures pour calculer des moyennes 10 minutes afin d'atténuer toute variation brusque.

Plus particulièrement, ce processus en boucle utilise les données en temps réel provenant de la base de données d'opération du parc (avec un accès aux données d'opération de chacune des éoliennes du parc) et calcule des moyennes de 10 minutes à partir des données en temps réel. Le but des moyennes 10 minutes est d'adoucir les variations dues aux bourrasques de vent et aux délais de communication des données.

Le tableau suivant présente les données d'entrées de ce processus :

Le tableau suivant identifie des blocs fonctions dans les Figures 2A à 2E

Mesure de l'efficacité de l'éolienne:

Tel qu'illustré dans les Figures 4A à 4D, le système par le processus MESURE_EFFICACITé reçoit les données d'opération des éoliennes en provenance de la base de données du parc dans le but de les comparer avec une courbe de production référentielle. La courbe de production référentielle est dynamiquement calculée à partir d'une compilation moyenne sur une longue période du comportement de chacune des éoliennes en fonction de la vitesse du vent, de la position des pales, de la puissance produite et de la température ambiante. à l'aide de cette courbe de production référentielle, il devient possible d'estimer avec précision ce que devrait être l'efficacité réelle de l'éolienne dans les conditions d'opération actuelles et donc de quantifier toute déviation d'efficacité en temps réel, et ce, pour chacune des éoliennes du parc.

Plus particulièrement, ce processus en boucle mesure la déviation de l'efficacité à partir des moyennes 10 minutes calculées dans les processus CALCUL_MOYENNES et des courbes XY représentant le comportement typique de l'éolienne en fonction de la vitesse du vent.

La première étape exécutée par le processus est de trouver, par la méthode de corrélation, quelle est la vitesse du vent théoriquement associée à la puissance actuelle et/ou à la position des pales actuelle.

A partir d'une collection de données construites sur une longue période d'enregistrement, quatre courbes de comportement typique de l'éolienne ont été recréées.

Deux courbes de puissance en fonction de ia vitesse du vent sont utilisées:

A) Une courbe de puissance à la température la plus basse mesurée sur le site.

B) Une courbe de puissance à la température la plus élevée mesurée sur le site.

Puisque la puissance de l'éolienne plafonne à partir d'une certaine vitesse de vent

(dans l'exemple ci-dessous: à partir de 12.5 m/sec la puissance plafonne à 1530

KW) ₁ le système doit transférer sur les courbes suivantes la position des pales en fonction de la vitesse du vent : C) Une courbe de position des pales à la température la plus basse mesurée sur le site.

D) Une courbe de position des pales à la température la plus élevée mesurée sur le site.

Le système évalue en continu la température ambiante actuelle ainsi que la vitesse du vent actuelle afin de déterminer vers laquelle de ces quatre courbes le système doit tendre afin de trouver la bonne vitesse du vent théoriquement associée à la puissance actuelle et/ou à la position des pales actuelle.

Les blocs LOOKUP_TABLE contiennent les quatre courbes de puissance et de position des pales. Les blocs FUZ_ATERM_REAL déterminent le degré d'appartenance de la valeur trouvée à l'entrée X aux points d'appui trouvés en S1 et S2. Les degrés d'appartenance (entre 0.0 et 1.0) se retrouvent sur les sorties MD1 et MD2.

Le bloc LIMIT_REAL a pour fonction de limiter en minimum et en maximum la valeur trouvée à l'entrée IN. La valeur de sortie sera donc égale à IN si la valeur de IN est à l'intérieur des limites MIN et MAX. Sinon, la valeur limitée à MIN ou à

MAX.

Les autres blocs de type MUL_REAL, ADD_REAL et SUB_REAL sont des blocs mathématiques standards.

La deuxième étape exécutée par le processus est de calculer la déviation de l'efficacité actuelle simplement en soustrayant la vitesse du vent théorique trouvée

de la vitesse du vent actuelle. La déviation de l'efficacité mesurée sera donc exprimée en mètre/seconde. Cette déviation de l'efficacité mesurée est ensuite passée dans un filtre (LAG_FILTER) dont la fonction est d'adoucir toute variation brusque.

Le tableau suivant présente les données d'entrées de ce processus :

Comme sortie on obtient Déviation_Efficacité_éol., une déviation de l'efficacité mesurée pour cette éolienne en mètre/seconde.

Le tableau suivant identifie des blocs fonctions dans les Figures 4A à 4D :

Tel qu'illustré dans la Figure 5, afin de s'assurer que la déviation perçue sur l'éolienne est également perceptible sur l'ensemble du parc, la déviation d'efficacité de l'éolienne est combinée à la déviation d'efficacité moyenne calculée pour l'ensemble des éoliennes du parc. C'est cette dernière combinaison qui est utilisée par le système pour déterminer si l'éolienne doit être arrêtée pour une déviation hors tolérance. Ainsi, selon le processus illustré sur la Figure 5, les déviations font l'objet d'une polarisation positive obligatoire. Ensuite, la déviation de l'éolienne et la déviation moyenne de l'ensemble des éoliennes du parc sont combinées obtenir une déviation moyenne amortie.

Calcul d'un indice de giyre :

Tel qu'illustré dans les Figures 3A à 3D, le système par le processus CALCUL_PROB_GIVRE utilise les données climatiques moyennes 10 minutes pour les passer dans des fonctions mathématiques, préférablement effectuées par un

procédé à base de logique floue, dont le résultat final est un indice de risque de glaçage. Une étude sur le givre a été réalisée afin de dégager les conditions climatiques favorisant la formation du givre sur les pales d'une éolienne. Le système vérifie donc en continu les conditions climatiques et calcule un indice d'approche des conditions favorables à la formation du givre.

Plus particulièrement, ce processus en boucle calcule en continu un indice de probabilité de givre en fonction des données climatiques lues en temps réel sur le site à partir des sondes météorologiques installées sur un mât météorologique préférablement implanté au centre du parc d'éoliennes à surveiller.

A l'aide des lectures de la température ambiante, de l'humidité relative ambiante et du rayonnement solaire, le système peut estimer les risques de formation de givre sur les pales des éoliennes du parc.

Suite à une étude sur le comportement des conditions climatiques conduisant à la formation de givre sur les pales d'une éolienne, il a été possible de déterminer que l'humidité relative, la température ambiante, ainsi que le rayonnement solaire jouaient les rôles clés dans le processus. Il a également été possible de dégager les différentes combinaisons de ces facteurs clés pour lesquels il est possible que du givre se forme sur les pales du éolienne.

Le processus en boucle suivant utilise une courbe en température/humidité et des blocs de fuzzification afin de recréer les différentes combinaisons des conditions climatiques favorisant la formation de givre sur les pales d'une éolienne. Les sorties des blocs de fuzzification FUZ_ATERM_REAL indiquent Ie degré d'approche vers les conditions climatiques favorisant la formation de givre. Tous les degrés d'approche sont ensuite combinés afin de créer l'indice global de probabilité de givre.

Le tableau suivant présente les données d'entrées de ce processus :

Comme donnée de sortie, on obtient Probabilité_Givre, un indice de probabilité de formation de givre sur les pales d'une éolienne exprimé en pourcentage. Cet indice sera utilisé dans un autre processus pour sensibiliser (diminuer) la tolérance à la déviation d'efficacité (tel qu'illustré sur la Figure 6) ou encore pour déclencher l'arrêt de l'éolienne au moment où l'interprétation de l'indice permet de passer de "probabilité de givre" à "certitude de givre".

Le tableau suivant identifie des blocs fonctions dans les Figures 3A à 3D

émission d'une commande d'arrêt

Tel qu'illustré dans les Figures 5 et 6, le système par le processus GESTION_ARRêT vérifie en temps réel les indices de probabilité de givre et de déviation d'efficacité de l'ensemble des éoliennes du parc. Lorsque la moyenne (calculée par la combinaison de la moyenne de déviation d'efficacité des éoliennes du parc et de la déviation d'efficacité de l'éolienne surveillée) dépasse la limite tolérée, une commande d'arrêt est émise vers l'éolienne. La limite de déviation d'efficacité tolérée est ajustée en fonction de l'indice de probabilité de givre. Plus

l'indice de probabilité de givre est élevé, moins grande sera la tolérance à la déviation d'efficacité. Ceci a pour effet de commander l'arrêt de l'éolienne au moindre signe d'accumulation de givre sur ses pales.

II est également possible que le système commande préventivement l'arrêt de l'éolienne si l'indice de probabilité de givre affiche une très haute probabilité depuis plus de 20 minutes. L'arrêt préventif de l'éolienne devrait limiter l'accumulation de givre sur ses pales. Conséquemment, le temps d'arrêt pour dégivrage devrait être minimisé ainsi que les pertes de production associées à un arrêt prolongé.

Plus particulièrement, ce processus en boucle utilise la mesure de la déviation d'efficacité et l'indice de probabilité de givre afin de déterminer si l'éolienne doit être arrêtée.

La première étape exécutée par le processus est de traiter les déviations d'efficacité de l'éolienne et du parc afin de les polariser positivement (parce qu'il est effectivement possible que les déviations d'efficacité soient négatives), et de calculer une nouvelle déviation d'efficacité qui est en fait une moyenne des deux déviations d'efficacité. Le but de cette manoeuvre est d'imputer un "effet parc" à la mesure de la déviation de l'efficacité propre à l'éolienne avant de tempérer une déviation causée par une défaillance d'un équipement servant à la lecture d'une donnée-clé (puissance, position des pales, vitesse du vent). L'imputation de Peffet parc" viendra atténuer cette erreur en s'assurant que plusieurs éoliennes sont affectées d'une déviation d'efficacité significative.

La deuxième étape exécutée par le processus est d'utiliser l'indice de probabilité de givre pour:

A) sensibiliser (abaisser) la consigne de tolérance à la déviation d'efficacité.

Le bloc LOOKUP_TABLE contient une courbe de sensibilisation en fonction de l'indice de probabilité de givre. Plus l'indice est élevé (à l'entrée X), plus l'indice de sensibilisation sera également élevé jusqu'à l'atteinte de 1.0

mètre/seconde.

B) déclencher l'arrêt de l'éolienne si l'indice atteint un niveau de "certitude" de givre.

La dernière étape exécutée par le processus est de gérer le déclenchement de l'arrêt de l'éolienne dans les cas où:

A) la déviation de l'efficacité mesurée surpasse la consigne de tolérance.

B) l'indice de probabilité de givre affiche un niveau de "certitude" de givre.

Le tableau suivant présente les données d'entrées de ce processus :

Comme donnée de sortie, on obtient Arrêt_Pour_Glaçage_éol, un bit de commande d'arrêt de l'éolienne. Ce bit sera envoyé à un processus gérant les commandes de départ/arrêt de l'éolienne propre au système de contrôle de l'éolienne et exclu de la présente demande de brevet.

Le tableau suivant identifie des blocs fonctions dans les Figures 5 et 6 :

Exemples de calculs

Les sections qui suivent montrent des exemples de calculs effectués par le système à travers plusieurs heures d'opération. Les détails des calculs sont illustrés dans les figures 7A à 21.

état Initial (Figures 7A-1 1 ) Les conditions météorologiques de départ sont:

Température Ambiante : 2°C

Humidité Relative : 80%

Rayonnement Solaire : 300 Watts/M ²

Résultat : Risque de Glaçage estimé = 0.00% (Calcul selon les Figures 9A- 9D)

Les conditions d'opération de départ d'une éolienne :

Vitesse du vent : 8.2 Mètre/sec

Position des pales : 2° Puissance produite : 710 KWatts

Vitesse de vent théorique à 710 KWatts : 8.258 Mètre/sec

Déviation d'efficacité de l'éolienne : +0.058 Mètre/sec (Calcul selon les

Figures 8A-8D)

Moyenne des déviations de production de l'ensemble des éoliennes du parc : +0.02 Mètre/sec

Moyenne de déviation utilisée : +0.039 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 10)

Tolérance de base à la déviation : 2.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 1 1 )

Sensibilisation de la tolérance : 0.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 11 ). Tolérance effective à la déviation : 2.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 11 )

Dans ces conditions normales d'opération, l'éolienne produit selon les estimations théoriques, à l'intérieur de marges d'erreurs acceptables.

évolution après 4 heures d'opération

Les conditions météorologiques sont maintenant : Température Ambiante : -0.6 ⁰ C

Humidité Relative : 98.68%

Rayonnement Solaire : 0 Watts/M ²

Résultat : Risque de Glaçage estimé = 65.04% (Calcul selon les Figures 14A-

14D)

Les conditions d'opération de l'éolienne sont maintenant :

Vitesse du vent : 8.65 Mètre/sec

Position des pales : 2°

Puissance produite : 627 KWatts Vitesse de vent théorique à 627 KWatts : 7.93 Mètre/sec

Déviation d'efficacité : -0.702 Mètre/sec (Calcul selon les Figures 13A-13D)

Moyenne des déviations de production de l'ensemble des éoliennes du parc :

-0.68 Mètre/sec

Moyenne de déviation utilisée : -0.70 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 15) Tolérance de base à la déviation : 2.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 16)

Sensibilisation de la tolérance : 0.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 16) Tolérance effective à la déviation : 2.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 16)

Après 4 heures d'opération, les mesures météorologiques indiquent un accroissement de l'humidité relative et une baisse de la température. Les conditions favorables à un glaçage des pales se réunissent rapidement. Le système évalue

actuellement les risques de glaçage à 83%. Le système a donc abaissé la tolérance à la déviation d'efficacité à 0.85 m/sec afin de sensibiliser le déclenchement et l'arrêt de l'éolienne. Il est possible qu'il y ait déjà une très légère accumulation de givre sur les pales puisqu'il y a une déviation d'efficacité ressentie de -0.72 m/sec. à ce stade, cette accumulation est imperceptible à l'œil, du pied de l'éolienne.

évolution après 6 heures d'opération

Les conditions météorologiques sont maintenant :

Température Ambiante : -2.8°C Humidité Relative : 99.1 %

Rayonnement Solaire : 0 Watts/M ²

Résultat : Risque de Glaçage estimé = 100.0% (Calcul selon les Figures 19A-

19D)

Les conditions d'opération de l'éolienne sont maintenant :

Vitesse du vent : 8.35 Mètre/sec

Position des pales : 2°

Puissance produite : 430 KWatts

Vitesse de vent théorique à 430 KWatts : 7.14 Mètre/sec Déviation d'efficacité : -1.20 Mètre/sec (Calcul selon les Figures 18A-18D)

Moyenne des déviations de production de l'ensemble des éoliennes du parc :

-0.79 Mètre/sec

Moyenne de déviation utilisée : -0.995 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 20)

Tolérance de base à la déviation : 2.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 21 ) Sensibilisation de la tolérance : 1.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 21 )

Tolérance effective à la déviation : 1.0 Mètre/sec (Calcul selon la Figure 21 )

Après 6 heures d'opération, les mesures météorologiques indiquent un nouvel accroissement de l'humidité relative et une constante baisse de la température ambiante. La déviation d'efficacité devient importante et dépasse même la tolérance. Il y a définitivement accumulation de givre sur les pales de l'éolienne.

C'est à ce moment que le système prend la décision d'arrêter l'éolienne afin d'éviter une trop grande accumulation et ainsi annuler tout risque de blessure ou de dommage au moment du détachement en morcellement du givre et aussi dans le but de réduire la période de déglaçage des pales lorsque les conditions météorologiques le permettront.

Il serait également possible de commander l'arrêt de l'éolienne au moment où l'indice de probabilité de givre atteint 98%, sans égard à la tolérance à la déviation de la production dans le but d'éviter toute formation de givre sur les pales de l'éolienne.

Autres considérations dans le fonctionnement du système

Le système selon le mode de réalisation préféré l'invention permet la détection et la prévention de formation de glace sur les pales d'une éolienne ou d'un parc d'éoliennes et permet de minimiser les pertes de production associées au glaçage des pales. L'invention permet de détecter les périodes propices à la formation de glaçage sur les pales en mesurant les conditions climatiques en vigueur sur le site et plus particulièrement la température ambiante, le taux d'humidité relative, la vitesse du vent et la radiation solaire.

Préférablement, le système selon le mode de réalisation préféré l'invention procède à l'acquisition des données grâce à un automate industriel raccordé à la fois à une station météo et à l'ensemble des éoliennes du parc par un réseau de communication.

Préférablement, le système évalue la perte de performance de chacune des éoliennes et combine les conditions du site à celles de l'éolienne préférablement avec des équations de logique floue, afin d'obtenir une appréciation de la criticité de l'arrêt de la machine.

Préférablement, le système évalue en permanence l'ensemble des paramètres qui lui sont transmis afin de quantifier les chances de glaçage.

De préférence, il devient également possible de mesurer les risques encourus à démarrer et/ou à laisser fonctionner une éolienne en combinant par logique l'indice de risque de glaçage à un indice de déviation de l'efficacité de l'éolienne. De préférence, dans son application la plus simple, un niveau de criticité peut être utilisé pour envoyer un signal d'arrêt à partir d'un certain seuil ou peut être acheminé à une matrice comportant des paramètres environnementaux, géographiques et spatiaux propres à l'éolienne. Dans tous les cas, l'arrêt préventif de la turbine permet de limiter la quantité de glace accumulée sur les pales de celle-ci pendant la période de glaçage. Elle permet également de limiter les risques liés à la projection de glace par les pales. L'arrêt de l'éolienne, avant l'atteinte des limites de glaçage, permet en outre un redémarrage instantané lorsque la période de glaçage est terminée.

Le système selon le mode de réalisation préféré de l'invention permet donc un arrêt plus rapide des éoliennes limitant ainsi la quantité de glace accumulée sur les pales et un redémarrage rapide, sans attendre une période de température au dessus de deux degrés Celsius, permettant au givre accumulé pendant l'opération dans des conditions de givrage de fondre.

Le système selon le mode de réalisation préféré de l'invention détecte, par la mesure de quelques paramètres clés, les conditions propices au glaçage, c'est-à-dire un nuage glaçant. Lorsqu'un nuage glaçant est détecté, les machines sont préférablement arrêtées dès que les premiers symptômes de glaçage apparaissent. Dans des cas extrêmes, l'arrêt pourra se faire sans même attendre des symptômes de perte de production.

Préférablement, les conditions reliées au givre des éoliennes sont liées intimement à l'humidité relative et à la température. Lorsque, par exemple, l'humidité est inférieure à 85 %, les risques de givre sont très faibles. Les risques augmentent de

façon très importante lorsque le taux d'humidité dépasse les 85 %. Lorsque l'humidité dépasse les 95 %, le nuage givrant est quasi assuré. Dans tous les cas cités précédemment la température de l'air doit être inférieure à deux degrés Celsius.

Par contre, l'expérience montre que le givrage est moins probable à très basse température. D'autre part, le taux de radiation solaire permet de filtrer certains faux événements, survenant surtout de jour, puisqu'une radiation solaire importante en plein jour diminue les risques de nuage givrant.

LISTE DES éQUIPEMENTS TYPIQUES

Les éléments matériels utilisés consistent préférablement en un automate industriel compatible IEC-1131-3. Dans le cas du prototype du mode de réalisation préféré, un automate Momentum de Modicon avec les différentes interfaces suivantes a été utilisé :

- processeur : Modicon Momentum 171-CCC-960-30 IEC;

- carte d'entrée : Modicon Momentum 170-ADM-390-30 (10E/8S Relais);

- carte de communication : Modicon Momentum 172-JNN-210-32; - logiciel de programmation : Modicon Concept V2.5;

- sondes combinées de température & d'humidité : Vaisala HMT330- 7T0B004BCAE100A01 CABAA1 ;

- détecteur de radiation solaire : Kipp & Zonen CMP3 + Ventilation CV2;

- lot d'interfaces matériel et/ou logiciel pour acheminer les données d'opération des éoliennes vers l'automate Momentum.

Description des principaux blocs de fonction utilisés

Le détail des principaux blocs utilisés et leur fonction de transfert peuvent être trouvés dans la documentation du logiciel de programmation Concept 2.5 de

Schneider Electric - Modicon où on explique comment les blocs FUZ_PROD_*** font

un produit flou, les blocs FUZ_ATERM_INT et FUZ_ATERM_REAL font la fuzzification de tous les termes et les blocs LAG1 font des décalages de temps. Certains détails sur les blocs sont fournis ci-dessous comme référence.

Blocs ADD. SUB, MUL. DIV Ces blocs effectuent les fonctions mathématiques de base.

Bloc LOOKUP TABLE

Description fonctionnelle:

Ce bloc-fonction linéarise les courbes caractéristiques par interpolation. Le bloc-fonction fonctionne avec distance entre points d'appui variables. Le nombre des entrées XiYi peut être augmenté par modification de la taille verticale du cadre de bloc à 30. Ceci correspond à 15 paires de points d'appui. Le nombre des entrées doit être d ^' ordre pair. Les valeurs X doivent être en ordre ascendant. Comme paramètres supplémentaires, il est possible de planifier EN et ENO.

Description des paramètres :

Paramètres Type de données Signification

XiYiI REAL Coordonnées X 1er point d'appui

XiYi2 REAL Coordonnées Y 1er point d'appui

XiYin REAL Coordonnées X avec point d'appui

XiYim REAL Coordonnées Y avec point d'appui

X REAL Grandeur d ^' entrée

Y REAL Grandeur de sortie

QXHI BOOL Affichage: X > Xm

QXLO BOOL Affichage X < X1

Deux entrées se suivant respectivement (XiYi) représentent une paire de points d'appui. La première entrée XiYi correspond à X1 , la suivante à Y1 , celle qui suit à X2, etc. Pour la valeur d'entrée au choix se trouvant en X et se situant entre ces points d'appui, la valeur de sortie Y correspondante est interpolée en considérant de manière linéaire le tracé polygonal entre les points d'appui. Pour X < X1 Y = Y1 Pour X > Xm Y = Ym. Quand la valeur à l'entrée X dépasse la valeur du dernier point d'appui Xm, la sortie QXHI devient "1 ". Quand la valeur à l'entrée X n'atteint pas la valeur du dernier point d'appui X1 , la sortie QXHO devient "1".

Principe de l'interpolation :

La Figure 22 est un graphique illustrant un tracé polygonal avec interpolation de premier ordre.

Pour un point Y, on a l'algorithme suivant : pour Xi £ X £ Xi+1 et i = 1 ... (m-1 ) Condition : X1 £ X2 £ ... £ Xi £ Xi+1 £ ... £ Xm-1 £ Xm. Les valeurs X doivent être en ordre ascendant. Deux valeurs X se suivant peuvent être identiques. Il en résulte une possibilité de courbe discontinue. On a alors le cas particulier :Y = 0.5 x (Yi + Yi+1 )pour Xi = X = Xi+1 et i = 1 ... (m-1 )

Bloc LAG 1

Description de la fonction :

Ce bloc-fonction représente un terme de retard de premier ordre. Ce bloc- fonction possède les modes de fonctionnement suivants : Manuel, Pause et Automatique. Les paramètres supplémentaires EN et ENO peuvent être configurés.

La fonction de transfert est la suivante :

^{πCs) =} ^ ^{in x} rτπriïi

La formule de calcul est la suivante :

^Y - ^Y <° ^{id) +} LλG + dl k* 2 < ^oia V

Signification des tailles

Tailles Signification

X( _o i _d ) Valeur de l'entrée X du cycle précédent

Y( _o i _d ) Valeur de la sortie Y du cycle précédent

dt Temps entre le cycle actuel et le cycle précédent

Description des paramètres du module :

Paramètres Type de données Signification

MAN BOOL "1" = mode Manuel

HALT BOOL "1" = mode Pause

X REAL Valeur d'entrée G GAAIINN R REEAALL Gain

LAG TIME Constante du temps de retard

YMAN REAL Valeur manuelle

Y REAL Sortie

P Paarraammééttrraaggee ::

On paramètre le bloc-fonction en déterminant le gain GAIN ainsi que la constante de temps du retard LAG. La sortie Y suit avec retard l'échelon du signal d'entrée X (saut de 0 à 1.0 à l'entrée X). Elle se rapproche de la valeur selon une fonction exponentielle.

Modes de fonctionnement :

Trois modes de fonctionnement peuvent être sélectionnés à l'aide des entrées MAN et HALT :

Mode de fonctionnement MAN HALT Signification Automatique 0 0 Le bloc-fonction est traité de la manière décrite dans Paramétrage.

Manuel 1 0 ou 1 La valeur manuelle YMAN est transmise directement à la sortie Y.

Pause 0 1 La sortie Y conserve la dernière valeur calculée. La sortie n'est plus modifiée mais peut toutefois être écrasée par l'utilisateur. Exemple:

Le diagramme sur la Figure 23 montre un exemple de réponse à l'échelon de l'élément LAG : l'entrée X saute à une nouvelle valeur et la sortie Y suit l'entrée

X selon une fonction exponentielle. Réponse à l'échelon du Bloc Fonction LAG 1 lorsque GAIN = 1

Bloc LAG FILTER

Description de la fonction :

Ce bloc-fonction représente un terme de retard de premier ordre. Ce bloc- fonction possède les modes de fonctionnement suivants : - Tracking

- Automatique

Les paramètres supplémentaires EN et ENO peuvent être configurés. Formule:

La fonction de transfert est la suivante :

G( ^x s) ' = GAIN x 1 , -f ,- s x L _τ λ . G -

La formule de calcul est la suivante :

JUl - ^OUT (o]d:> * _{LλG + dι} * ^ ^jλIN * ₂ ^" W

Signification des tailles :

Tailles Signification

IN ₍ oi _d) Valeur de l'entrée IN du cycle précédent OUT(oid) Valeur de la sortie OUT du cycle précédent dt Temps entre le cycle actuel et le cycle précédent

Description des paramètres du module Paramètres Types de données Signification

IN REAL Valeur d'entrée

GAIN REAL Gain

LAG TIME Constante du temps de retard

TRJ REAL Entrée d'initialisation T TRR_SS B BOOOOLL Type d'initialisation"1 " = mode Tracking'O" = mode Automatique OUT REAL Sortie

Paramétrage : On paramètre le bloc-fonction en déterminant le gain GAIN ainsi que la constante de temps du retard LAG. La sortie OUT suit avec retard l'échelon du signal d'entrée IN (saut de O à 1.0 à l'entrée IN). Elle se rapproche de la valeur cxp ⁽ - ^t/ L ^λG) GAIN ^x x selon une fonction exponentielle.

Modes de fonctionnement :

Deux modes de fonctionnement peuvent être sélectionnés par l'entrée TR S :

Mode de fonctionnement TR S Signification

Automatique 0 Le bloc-fonction est traité de la manière décrite dans Paramétrage.

Tracking 1 La valeur de Tracking TR I est transmise directement à la sortie OUT.

Exemple:

Le diagramme sur la Figure 24 donne l'exemple d'une réponse indicielle du bloc-fonction LAG_FILTER : l'entrée IN saute à une nouvelle valeur et la sortie OUT suit l'entrée IN selon une fonction exponentielle. Réponse indicielle du bloc-fonction LAG_FILTER à GAIN = 1

Bloc LIMIT REAL

Description de la fonction :

La fonction transmet, à la sortie, la valeur d'entrée inchangée (IN), si celle-ci n'est pas inférieure à la valeur minimum (MN) ni supérieure à la valeur maximum (MX). Si la valeur d'entrée (IN) est inférieure à la valeur minimum (MN), cette dernière est transmise à la sortie. Si la valeur d'entrée (IN) est supérieure à la valeur maximum (MX), cette dernière est transmise à la sortie.

Le traitement concerne les types de données du groupe ANY_ELEM. Les types de données de toutes les valeurs d'entrée et celui de la valeur de sortie doivent être identiques. Pour le traitement des différents types de données, l'on dispose respectivement d'une fonction particulière. EN et ENO peuvent être gérés comme paramètres supplémentaires.

Formule:

OUT = IN, si (IN ³ MN) & (IN £ MX)OUT = MN, si (IN < MN)OUT = MX ₁ si (IN >

MX)

Description des paramètres du bloc :

Bloc SEL

Description de la fonction :

La fonction sert au choix binaire entre deux valeurs d'entrée. En fonction de l'état de l'entrée G, l'entrée transmise à la sortie OUT est soit INO soit IN1 .G = O -> OUT = INOG = 1 -> OUT = 1N1. Les types de données des valeurs l O d'entrée INO et IN1 et de la valeur de sortie OUT doivent être identiques. EN et

ENO peuvent être gérés comme paramètres supplémentaires.

Description des paramètres du bloc :

Paramètres Types de données Signification 15 G BOOL Entrée de sélection

INO ANY Entrée O

IN1 ANY Entrée 1

OUT ANY Sortie

Bloc FUZ ATERM REAL

Description de la fonction : Le bloc-fonction fuzzifie jusqu'à 9 termes des variables linguistiques (entrée X) et indique chaque degré d'appartenance (sorties MD1 ... MD9). La gamme de valeur à la sortie pour le type de données INT comprend 0 ... 10 000 et pour le type de données REAL 0 ... 1. Les fonctions d'appartenance sont définies par les points d'appui (entrées extensibles S1 ... S9). Le bloc-fonction travaille avec une simplification propre à la définition des fonctions d'appartenance :

- rampes pour la première et la dernière fonction d'appartenance

- triangles pour les fonctions d'appartenance entre la première et la dernière

- la somme de deux degrés d'appartenance de deux termes linguistiques successifs est toujours 1 (10 000)

- la somme des degrés d'appartenance de tous les termes linguistiques pour chaque valeur d'entrée X est toujours 1 (10 000)

Le nombre des points d'appui (S1 ... Sx) peut être élevé à 9 max. par un agrandissement vertical du cadre de bloc. Il n'est pas possible de configurer d'autres points d'appui.

Le nombre de degrés d'appartenance calculé correspond au nombre de fonctions d'appartenance. Si la configuration comprend moins de neuf fonctions d'appartenance, les sorties restantes adoptent la valeur 0. (p. ex. pour 4 fonctions d'appartenance, on compte 4 degrés d'appartenance pour MD1 ... MD4 et MD5 ... MD9 sont à 0). Les types de données de toutes les valeurs d'entrée et celles des valeurs de sortie doivent être identiques. Un bloc-fonction propre est à chaque fois disponible pour l'élaboration des différents types de données. Comme paramètres supplémentaires, on peut configurer EN et ENO.

Description des paramètres du bloc :

Paramètres Type de de

X INT, REAL Variable linguistique

S1 INT, REAL Point d'appui S1

S2 INT, REAL Point d'appui S2

S9 INT, REAL Point d'appui S9

MD1 INT, REAL Sortie degré d'appartenance MD1

(Membership Degree)

MD2 INT, REAL Sortie degré d'appartenance MD2

(Membership Degree)

MD9 INT, REAL Sortie degré d'appartenance MD9 (Membership Degree)

Description des paramètres :

Avec le bloc-fonction FUZ_ATERM, tous les termes d'une variable linguistique peuvent être fuzzifiés en même temps. Les fonctions d'appartenance sont déterminées par des points d'appui (S1 , S2, S3,...). Le concept de cette fuzzification permet de définir les extrémités de plusieurs fonctions d'appartenance avec un point d'appui à la fois. Ces fonctions d'appartenance se présentent sous forme de rampes et de triangles, la somme des différents degrés d'appartenance étant toujours 100 %. Ces corrélations sont présentées aux diagrammes temporels suivants :

Diagramme de cycles :

Les Figures 25A et 25B sont des graphiques illustrant des diagrammes de cycles du bloc-fonction FUZ_ATERM_REAL avec 2 fonctions d'appartenance (2 points d'appui, 2 degrés d'appartenance) et 4 fonctions d'appartenance (4 points d'appui, 4 degrés d'appartenance) respectivement.

Bloc FUZ PROD REAL

Description de la fonction :

La fonction forme le produit (sortie MD) des degrés d'appartenance (entrées extensibles MD1 ... MDx). En outre, la fonction effectue (pour le calcul des entiers) une multiplication en tenant compte de la gamme de valeur du degré d'appartenance (0 ... 10 000). Les gammes de valeur aux entrées et à la sortie comprennent pour le type de données INT 0 ... 10 000 et pour le type de données REAL 0 ... 1. Le nombre des entrées peut être augmenté. Comme paramètres supplémentaires, on peut configurer EN et ENO.

Description des paramètres du bloc :

Paramètre Types de données Signification

MD1 INT ₁ REAL 1. degré d'appartenance

(Membership Degree) MD2 INT, REAL 2. degré d'appartenance

(Membership Degree)

MDx INT, REAL x. degré d'appartenance

(Membership Degree) MD INT ₁ REAL Sortie produit (fuzzy)

Description de la fonction :

Dans l'arithmétique Real, on atteint la formation du produit du degré d'appartenance par une simple multiplication. Règle Exemple

(0 ... 1 ) * (0 ... 1 ) = (0 ... 1 ) 0.3 * 0.6 = 0.18

Dans l'arithmétique des entiers , une correction doit être effectuée, conditionnée par une remise à échelle de la gamme des valeurs : Règle Exemple

(0 ... 10 000) ^* (0 ... 10 000) = (0 ... 10 000) 3 000 * 6 000 = 1 800 (!)

II va de soi que de nombreuses modifications pourraient être apportées au mode de réalisation préférentiel qui vient d'être décrit sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Il est bien entendu que les composantes et configurations ne sont pas toutes essentielles à l'invention et ne devraient pas être prises dans un sens restrictif pour limiter la portée de la présente invention. Le système doit pouvoir s'adapter aux configurations proposées parles différents manufacturiers d'éoliennes afin de conserver toutes ses fonctionnalités. La liste des composantes ne peut donc être considérée comme exhaustive ni limitative.

De plus, dans le contexte de la présente description, les expressions "turbine" et "éolienne" ainsi que toute autre expression équivalente peuvent être utilisées de façon interchangeable, tel qu'il serait apparent pour une personne de l'art.

Par ailleurs, d'autres composantes, d'autres types de coopération entre les composantes ainsi que d'autres configurations matérielles pourraient être utilisées pour mettre en œuvre le système pour contrôler une éolienne.