Metoda analizy złożonego systemu na przykładzie strategii produkcji energii w elektrociepłowni

Le problème pratique support de la thèse concerne l’optimisation de la stratégie de production journalière d’énergie électrique et thermique urbaine de la société GENCO. Le support informatique au processus d’optimisation en place à savoir le logiciel BoFiT TEP (Daily Operation Optimization and Portfolio Management) permet de construire un modèle simulant le fonctionnement du réseau de centrales. Le résultat du processus de décision est un scénario de production obtenu par un processus itératif. Pour initier le processus, un expert propose un scénario à partir de données liées au marché. Les caractéristiques des scénarios de production sont fournies au logiciel BoFiT TEP qui dans un premier temps les transforme en un problème d’optimisation de type mixed integer problem (MIP) dont le but est de trouver la combinaison de ressources du réseau à faire fonctionner au moindre coût et dans les contraintes du scénario. L’optimisation est ensuite réalisée par un outil standard CPLEX. L’expert analyse ensuite le résultat pour le valider ou proposer un nouveau scénario. Le processus se poursuit dans un temps limité (1h) et une décision est prise par l’expert. Les temps de calcul sont considérés comme trop long car ils ne permettent pas à l’expert de réaliser suffisamment d’itérations. Les temps de calcul augmentent avec le nombre d’éléments de détails mis dans le modèle. Le problème initial peut être exprimé sous la forme d’une contradiction : nous voulons avoir beaucoup d'éléments dans le modèle afin d'améliorer la stratégie de production (maximisation du bénéfice pour GENCO), et en même temps nous ne voulons pas avoir pas beaucoup d'éléments dans le modèle parce que la consommation de temps du processus de calcul augmente avec le volume de données à traiter. [Figure 1.Processus de production de scénario] La compréhension approfondie du système de production de scénarios en vue de son optimisation n’est pas immédiate pour plusieurs raisons :Le nombre de variables à traiter est important et évolue dans le temps, Le processus de préparation des scénarios relève de connaissances de plusieurs domaines, le marché et les statistiques, les divers modèles de production d’énergie, des processus de calcul. Certaines activités du processus, notamment la production de scénarios et leur validation, relèvent de connaissances implicites. En fait, l’interface entre les modèles cités précédemment n’est pas formalisée.Pour les raisons évoquées précédemment, une perception de l’influence des différents systèmes composant le processus de production de scénarios sur son optimisation s’avère nécessaire. L’un des objectifs de cette thèse est de proposer une démarche et des outils permettant d’identifier les problèmes clés liés à l’évolution du processus de production des scénarios et de donner une vision de leurs liens, d’aider à la prise de décision quant aux tactiques de résolution et, enfin, de mettre en forme cet ensemble de problèmes dans un formalisme permettant l’utilisation itérative d’outils et de méthodes de résolution de problèmes inventifs. Ce dernier point est nécessaires dans notre cas, car l’optimisation individuelle des éléments du système de production de scénario ne permettra pas de satisfaire les performances attendues à terme du système ; il faudra donc modifier le modèle du système, en inventer un nouveau qui résoudra des contradictions inhérentes au système existant. En principe, différents outils et méthodes générales sont disponibles pour atteindre les résultats escomptés cités dans le paragraphe précédent. Deux approches s’opposent pour l’exploitation de ces outils. La première consiste à choisir un outil générique d’analyse de notre système et de l’adapter au problème traité. La seconde approche, que nous avons choisie, est de combiner des méthodes existantes pour tirer profit des valeurs ajoutées de leurs différences. La difficulté lors de l’emploi de cette tactique est de combiner à bon escient et de contrôler l’extraction de l’information utile au traitement de notre problème spécifique. En effet, d’une part les informations issues de ces méthodes se recouvrent partiellement et, d’autre part, les informations de différentes natures issues de ces méthodes sont à mettre en cohérence. Le second objectif de cette thèse est d’apporter une contribution méthodologique aux démarches générales d’analyse de systèmes complexes en vue de la résolution des contradictions associées à leur évolution (i.e : les résultats de l’analyse doivent permettre l’utilisation des méthodes de résolution de problème issues des théories de résolution des problèmes inventifs). En terme de conception de méthode, le conflit à résoudre est résumé sur la figure 2 ci-dessous. [Figure 2: Contradiction associée à la construction de la méthode d’analyse] La méthode proposée en résultat de nos travaux repose sur la maîtrise et le contrôle des différents outils utilisés à partir d’une classification en trois familles: Les outils d’exploration qui permettent de décrire et d’explorer le système étudié, Les outils permettant d’orienter et de guider vers les étapes suivantes, Les outils de gestion de l’information et d’évaluation. Le mémoire se compose de 6 chapitres. Le chapitre 1 décrit les approches connues d'analyse des systèmes complexes et formule le problème méthodologique abordé dans cette étude. Le chapitre 2 présente le système préparation et de validation de scénarios de production d’énergie. Le chapitre 3 présente la catégorisation des outils d’analyse utilisés pour le traitement du cas d’étude. Le chapitre 4 aborde l’utilisation d’outils d’analyse proposés sur le cas de la génération d’une stratégie de production. Le chapitre 5 présente la méthode proposée. La conclusion et les perspectives du travail sont présentées dans le chapitre 6. Portée et buts L'introduction présente en détail les propriétés de quelques approches de résolution de problème et d’analyse de système complexe (théorie des agents, théorie des systèmes dynamiques, etc..). Les caractéristiques principales d’un système complexe sont présentées sur l'exemple des systèmes traités en ingénierie de l’environnement. La comparaison des approches existantes et des caractéristiques des systèmes complexes est employée pour formuler le but et la portée de notre recherche. Le système de préparation de la stratégie journalière de production Le système de préparation des stratégies de production journalière est introduit dans ce chapitre. Le système est décrit de plusieurs points de vue : sa position dans l’environnement, le processus de prise de décision. L’utilisation du modèle technologique et des scénarios par le logiciel BoFiT TEP sont également présentés. Outils d'analyse - introduction Les outils d'analyse utilisés sont classés dans les catégories suivantes : des théories, des méthodes, des techniques, des procédures, des règles, des modèles et des concepts. Des outils d'analyse appliqués dans le chapitre suivant sont classés selon la description de l'objectif et du domaine d'application. Analyse du problème de préparation de scénarios L'analyse du problème de la préparation de la génération d'énergie débute par l'application d’outils simples permettant de collecter l’information de base sur le système. Ce type d’outils est appelé par la suite « outils d’exploration ». Ces outils sont complétés par des outils d’organisation des résultats de l’analyse.Synthèse et généralisation : l’approche proposée La construction de cette approche a été effectuée pendant lors de l’analyse du système de préparation des scénarios. La méthode d’analyse peut elle aussi être considérée comme un système d’activités. L’analyse de ce système montre qu’il lui manque un système de contrôle. Ce système de contrôle de l’analyse est porte sur trois points : l’exploration du système, une aide à l’orientation des activités suivantes, et enfin la gestion des informations. Le rôle du système de contrôle est de combiner judicieusement et d’aligner les méthodes existantes au cas particulier traité. Ainsi les outils existants utilisés lors d’une étude ne sont pas connus au départ de l’application de la méthode. Conclusion et perspectives La méthode proposée permet de tirer parti de l’utilisation de plusieurs méthodes sans en avoir les inconvénients pratiques grâce au système de contrôle de l’information. Cette approche permet de construire en temps réel la démarche adaptée à un système donné. Cette approche a permis dans le cas de la préparation des stratégies journalières de production d’énergie d’améliorer la communication avec les experts de divers domaines, d’avoir une compréhension globale et partagée entre experts des problèmes clés, et enfin d’avoir une meilleure compréhension des sous problèmes.The research presented in the thesis addresses the problem in approach to the analysis of complex systems. The practical example, used as a case to develop the method of analysis, is the problem in the system of the process for preparation of the energy production strategy in the energy generation system for the urban area. The analysis of this complex system, which includes many systems from different domains, can be approached in two general ways. One is to use a ready to apply method of analysis. Second is to construct a method from the separate analysis tools assembled to match the particularities of the analyzed case. The second approach has been chosen as a one which will benefit from the united advantages of the particular analysis tools. The important problem in the creation of the method was the coordination of the various analysis tools in order to apply them in the most efficient way and organize the obtained results. This task has been realized by the systematic use of the tools for information management. Application of the analysis tools providing the control over the analysis process helped to bind the entire analysis and distinct three key foundations of the method: exploration tools, guidance tools and information management tools. Proposed solution in the construction of the method contributed in two main areas: the methodology of the analysis of the system of problem and the comprehension of the problems appearing in the complex system of problem based on the physical system of the preparation process of the energy production strategy.Problem praktyczny, na którym zbudowana jest praca dotyczy optymalizacji dobowej strategii produkcji energii elektrycznej i cieplnej dla aglomeracji miejskiej. Jako wsparcie informatyczne dla procesu optymalizacji zastosowane jest oprogramowanie BoFiT TEP (Daily Operation Optimization and Portfolio Management), pozwalające skonstruować model symulujący funkcjonowanie sieci jednostek wytwarzających energię. Wynikiem procesu decyzyjnego jest scenariusz produkcji otrzymany w wyniku procesu iteracyjnego. W celu zainicjowania procesu, ekspert proponuje scenariusz na podstawie danych związanych z rynkiem energii. Charakterystyki scenariuszy produkcji są umieszczane w oprogramowaniu BoFiT TEP, który w pierwszym etapie zamienia je na na problem optymalizacyjny typu mixed integer problem (MIP, problem o zmiennych całkowitych, mieszanych). Celem jest znalezienie takiej kombinacji środków dostępnych w sieci, aby układ produkował najtańszą energię w ramach ograniczeń zawartych w scenariuszu. Optymalizacja jest następnie realizowana przez standardowe narzędzie CPLEX. Następnie ekspert analizuje wyniki w celu ich zaakceptowania lub propozycji nowego scenariusza. Proces odbywa się w ograniczonym czasie (ok. 1h), a decyzja jest podejmowana przez eksperta. Czasy obliczeń zostały uznane za zbyt długie ponieważ nie pozawalają ekspertowi na realizację wystarczającej liczby iteracji. Czas obliczeń wzrasta z liczbą szczegółowych elementów umieszczonych w modelu. Wstępny problem może zostać wyrażony w formie sprzeczności: chcemy mieć wiele elementów w modelu aby polepszyć strategię produkcji (maksymalizacja zysku dla GENCO), i jednocześnie nie chcemy mieć wielu elementów w modelu ponieważ zużycie czasu poprzez proces obliczeniowy rośnie wraz z objętością obrabianych danych. Figure 1.Proces tworzenia scenariusza Dogłębne zrozumienie systemu przygotowania scenariuszy w celu jego optymalizacji nie jest od razu możliwe z paru powodów : Liczba zmiennych do przerobienia jest znacząca i ewoluuje w czasie, Proces przygotowania scenariuszy zależy od znajomości wielu dziedzin, rynku i statystyki, różnych modeli produkcji energii, procesów obliczeniowych. Niektóre składowe procesu, szczególnie przygotowanie scenariusza i jego walidacja, wymagają szczegółowej wiedzy. W zasadzie, interface pomiędzy modelami wspomnianymi wcześniej nie jest sformalizowany. Z przyczyn wymienionych wcześniej, staje się konieczne rozpoznanie wpływu różnych systemów składowych procesu produkcji scenariuszy na jego optymalizację. Jednym z celów tej pracy doktorskiej jest zaproponowanie procedury i narzędzi pozwalających na zidentyfikowanie kluczowych poroblemów powiązanych z ewolucją procesu produkcji scenariuszy i dostarczenie obrazu jego powiązań, w celu pomocy w podjęciu decyzji, a także taktyki rozwiązania i ostatecznie, w celu ukształtowania tej całości problemów w formę pozwalającą na iteracyjne korzystanie narzędzi i metody rozwiązywania problemów innowacyjnych. Ten ostatni punkt jest konieczny w naszym przypadku, ponieważ indywidualna optymalizacja elementów systemu produkcji scenariuszy nie pozwala na uzyskanie zadawalającej wydajności oczekiwanej z punktu widzenia systemu ; należy stąd zmodyfikować model systemu, poprzez wymyślenie nowego, który rozwiąże wrodzone sprzeczność istniejącego systemu. W zasadzie, dostępne są różne narzędzia i metody ogólne w celu osiągnięcia oczekiwanych rezultatów wymienionych w poprzednim paragrafie. Istnieją dwa podejścia, przeciwstawiające się sobie, przy wykorzystaniu tych narzędzi. Pierwsze polega na wybraniu ogólnego narzędzia analizy naszego systemu i dostosowania go do traktowanego problemu. Drugie podejście, które zostało przez nas wybrane, to złożenie istniejących metod w celu uzyskania dodatkowej wartości z ich zróżnicowania. Trudnością w czasie zastosowania tej taktyki jest złożenie ich w dobry sposób i kontrolowanie uzyskiwania informacji użytecznych w pracy nad naszym specyficznym problemem. W rezultacie, z jednej strony część informacji uzyskanych dzięki tym metodom częściowo, wzajemnie się pokrywa, z drugiej strony, uzyskane z tych metod informacje w różnej postaci, są spójne. Drugim celem pracy doktorskiej jest dostarczenie wkładu metodologicznego w ogólnym przebiegu analizy systemów złożonych z rozwiązaniem sprzeczności powiązanych z ich ewolucją (tj. wyniki analizy powinny pozwolić na używanie metod rozwiązywania problemów pochodzących z teorii innowacyjnego rozwiązywania problemów). Na poziomie koncepcji metody, konflikt do rozwiązania jest podsumowany na rysunku 2 poniżej.Rysunek 2: Sprzeczność powiązana z konstrukcją metody analizy Metoda zaproponowana jako wynik naszej pracy opiera się na starannym zastosowaniu i kontroli różnych zastosowanych narzędzi sklasyfikowanych w trzech rodzinach: Narzędzia do eksploracji, które pozwalają na opisanie i eksplorowanie studiowanego systemu, Narzędzia pozwalające ukierunkować i poprowadzić do następnych etapów, Narzędzia zarządzania i ewaluacji informacji. Praca składa się z 6 rozdziałów. Rozdział 1 opisuje znane podejścia do analizy systemów złożonych i formułuje problem w metodologii podjęty w tej pracy. Rozdział 2 prezentuje system przygotowania i walidacji scenariuszy produkcji energii. Rozdział 3 przedstawia kategoryzację narzędzi analizy zastosowanych do pracy nad przykładem. Rozdział 4 podejmuje tematykę stosowania narzędzi analizy zaproponowanych do przykładu procesu przygotowania strategii produkcji. Rozdział 5 prezentuje proponowaną metodę. Podsumowanie i perspektywy przyszłej pracy są zaprezentowane w rozdziale 6. Rozdział 1.Cel i zakres Wprowadzenie prezentuje szczegółowo właściwości niektórych podejść do rozwiązywania problemów i analizy systemów złożonych (teoria agentów, teoria dynamiki systemów, itd.). Kluczowe cechy systemu złożonego są zaprezentowane na przykładzie systemu z dziedziny inżynierii środowiska. Porównanie istniejących podejść i charakterystyki systemów złożonych zostało wykorzystane do sformułowania celu i zakresu naszych badań naukowych. Rozdział 2.System przygotowania dobowej strategii produkcji Ten rozdział zawiera wprowadzenie do systemu przygotowania dobowej strategii produkcji. System jest opisany z wielu punktów widzenia: umiejscowienia w otoczeniu, procesu podejmowania decyzji. W tym samym rozdziale zaprezentowane jest także model technologii i przygotowania scenariuszy w oprogramowaniu BoFiT TEP.Rozdział 3.Narzędzia analizy – wprowadzenie Wykorzystane narzędzia analizy są sklasyfikowane w następujące kategorie: teorie, metody, techniki, procedury, reguły, modele i koncepcje. Narzędzia analizy stosowane w następnym rozdziale są sklasyfikowane wg celu i miejsca zastosowania.Rozdział 4.Analiza problemu przygotowania scenariuszy Analiza problemu przygotowania strategii produkcji energii rozpoczyna się od zastosowania prostych narzędzi pozwalających na zebranie podstawowych informacji o systemie. Ten typ narzędzi jest dalej nazywany ‘narzędziami do eksploracji’. Narzędzia te są uzupełnione narzędziami organizującymi wyniki i proces analizy. Rozdział 5.Synteza i podsumowanie : zaproponowane podejście Konstrukcja przedstawionego podejścia została zrealizowana podczas analizy systemu przygotowania scenariuszy. Metoda analizy może być także uważana jako system poszczególnych działań. Analiza tego systemu wykazuje brak systemu kontroli. System kontroli analizy jest oparty na trzech punktach: eksploracji systemu, wsparciu w ukierunkowaniu dalszych kroków i ostatecznie zarządzaniu informacjami. Zadaniem systemu kontroli jest rozsądne złożenie i uporządkowanie istniejących metod do konkretnego przykładu poddanego analizie. Stąd istniejące narzędzia wykorzystane w czasie analizy przykładu nie są określone na początku wdrażania metody. Rozdział 6.Wnioski i perspektywy Zaproponowana metoda pozwala na wykorzystanie wielu metod bez niekorzystnych efektów praktycznych dzięki systemowi kontroli informacji. To podejście pozwala na skonstruowanie w czasie rzeczywistym podejścia dostosowanego do zadanego systemu.W zakresie przygotowania dobowej strategii produkcji energii, zaproponowane podejście pozwoliło na ulepszenie komunikacji z ekspertami różnych dziedzin, zrozumienia całościowego i rozdzielonego pomiędzy ekspertów w problemach kluczowych i ostatecznie uzyskanie najlepszego zrozumienia pod-problemów

Méthode d'analyse de système complexe,Application à la stratégie de production d'énergie dans les centrales co-génératrices de chaleur et d'électricité

Le problème pratique support de la thèse concerne l'optimisation de la stratégie de production journalière d'énergie électrique et thermique urbaine de la société GENCO. Le support informatique au processus d'optimisation en place à savoir le logiciel BoFPas de résum

Méthode d'analyse de système complexe,Application à la stratégie de production d'énergie dans les centrales co-génératrices de chaleur et d'électricité

Le problème pratique support de la thèse concerne l'optimisation de la stratégie de production journalière d'énergie électrique et thermique urbaine de la société GENCO. Le support informatique au processus d'optimisation en place à savoir le logiciel BoFiT TEP (Daily Operation Optimization and Portfolio Management) permet de construire un modèle simulant le fonctionnement du réseau de centrales. Le résultat du processus de décision est un scénario de production obtenu par un processus itératif. Pour initier le processus, un expert propose un scénario à partir de données liées au marché. Les caractéristiques des scénarios de production sont fournies au logiciel BoFiT TEP qui dans un premier temps les transforme en un problème d'optimisation de type mixed integer problem (MIP) dont le but est de trouver la combinaison de ressources du réseau à faire fonctionner au moindre coût et dans les contraintes du scénario. L'optimisation est ensuite réalisée par un outil standard CPLEX. L'expert analyse ensuite le résultat pour le valider ou proposer un nouveau scénario. Le processus se poursuit dans un temps limité (1h) et une décision est prise par l'expert. Les temps de calcul sont considérés comme trop long car ils ne permettent pas à l'expert de réaliser suffisamment d'itérations. Les temps de calcul augmentent avec le nombre d'éléments de détails mis dans le modèle. Le problème initial peut être exprimé sous la forme d'une contradiction : nous voulons avoir beaucoup d'éléments dans le modèle afin d'améliorer la stratégie de production (maximisation du bénéfice pour GENCO), et en même temps nous ne voulons pas avoir pas beaucoup d'éléments dans le modèle parce que la consommation de temps du processus de calcul augmente avec le volume de données à traiter. [Figure 1.Processus de production de scénario] La compréhension approfondie du système de production de scénarios en vue de son optimisation n est pas immédiate pour plusieurs raisons :Le nombre de variables à traiter est important et évolue dans le temps, Le processus de préparation des scénarios relève de connaissances de plusieurs domaines, le marché et les statistiques, les divers modèles de production d'énergie, des processus de calcul. Certaines activités du processus, notamment la production de scénarios et leur validation, relèvent de connaissances implicites. En fait, l'interface entre les modèles cités précédemment n est pas formalisée.Pour les raisons évoquées précédemment, une perception de l'influence des différents systèmes composant le processus de production de scénarios sur son optimisation s'avère nécessaire. L'un des objectifs de cette thèse est de proposer une démarche et des outils permettant d'identifier les problèmes clés liés à l'évolution du processus de production des scénarios et de donner une vision de leurs liens, d'aider à la prise de décision quant aux tactiques de résolution et, enfin, de mettre en forme cet ensemble de problèmes dans un formalisme permettant l'utilisation itérative d'outils et de méthodes de résolution de problèmes inventifs. Ce dernier point est nécessaires dans notre cas, car l'optimisation individuelle des éléments du système de production de scénario ne permettra pas de satisfaire les performances attendues à terme du système ; il faudra donc modifier le modèle du système, en inventer un nouveau qui résoudra des contradictions inhérentes au système existant. En principe, différents outils et méthodes générales sont disponibles pour atteindre les résultats escomptés cités dans le paragraphe précédent. Deux approches s'opposent pour l'exploitation de ces outils. La première consiste à choisir un outil générique d'analyse de notre système et de l'adapter au problème traité. La seconde approche, que nous avons choisie, est de combiner des méthodes existantes pour tirer profit des valeurs ajoutées de leurs différences. La difficulté lors de l'emploi de cette tactique est de combiner à bon escient et de contrôler l'extraction de l'information utile au traitement de notre problème spécifique. En effet, d'une part les informations issues de ces méthodes se recouvrent partiellement et, d'autre part, les informations de différentes natures issues de ces méthodes sont à mettre en cohérence. Le second objectif de cette thèse est d'apporter une contribution méthodologique aux démarches générales d'analyse de systèmes complexes en vue de la résolution des contradictions associées à leur évolution (i.e : les résultats de l'analyse doivent permettre l'utilisation des méthodes de résolution de problème issues des théories de résolution des problèmes inventifs). En terme de conception de méthode, le conflit à résoudre est résumé sur la figure 2 ci-dessous. [Figure 2: Contradiction associée à la construction de la méthode d'analyse] La méthode proposée en résultat de nos travaux repose sur la maîtrise et le contrôle des différents outils utilisés à partir d'une classification en trois familles: Les outils d'exploration qui permettent de décrire et d'explorer le système étudié, Les outils permettant d'orienter et de guider vers les étapes suivantes, Les outils de gestion de l'information et d'évaluation. Le mémoire se compose de 6 chapitres. Le chapitre 1 décrit les approches connues d'analyse des systèmes complexes et formule le problème méthodologique abordé dans cette étude. Le chapitre 2 présente le système préparation et de validation de scénarios de production d'énergie. Le chapitre 3 présente la catégorisation des outils d'analyse utilisés pour le traitement du cas d'étude. Le chapitre 4 aborde l'utilisation d'outils d'analyse proposés sur le cas de la génération d'une stratégie de production. Le chapitre 5 présente la méthode proposée. La conclusion et les perspectives du travail sont présentées dans le chapitre 6. Portée et buts L'introduction présente en détail les propriétés de quelques approches de résolution de problème et d'analyse de système complexe (théorie des agents, théorie des systèmes dynamiques, etc..). Les caractéristiques principales d'un système complexe sont présentées sur l'exemple des systèmes traités en ingénierie de l'environnement. La comparaison des approches existantes et des caractéristiques des systèmes complexes est employée pour formuler le but et la portée de notre recherche. Le système de préparation de la stratégie journalière de production Le système de préparation des stratégies de production journalière est introduit dans ce chapitre. Le système est décrit de plusieurs points de vue : sa position dans l'environnement, le processus de prise de décision. L'utilisation du modèle technologique et des scénarios par le logiciel BoFiT TEP sont également présentés. Outils d'analyse - introduction Les outils d'analyse utilisés sont classés dans les catégories suivantes : des théories, des méthodes, des techniques, des procédures, des règles, des modèles et des concepts. Des outils d'analyse appliqués dans le chapitre suivant sont classés selon la description de l'objectif et du domaine d'application. Analyse du problème de préparation de scénarios L'analyse du problème de la préparation de la génération d'énergie débute par l'application d'outils simples permettant de collecter l'information de base sur le système. Ce type d'outils est appelé par la suite outils d'exploration . Ces outils sont complétés par des outils d'organisation des résultats de l'analyse.Synthèse et généralisation : l'approche proposée La construction de cette approche a été effectuée pendant lors de l'analyse du système de préparation des scénarios. La méthode d'analyse peut elle aussi être considérée comme un système d'activités. L'analyse de ce système montre qu il lui manque un système de contrôle. Ce système de contrôle de l'analyse est porte sur trois points : l'exploration du système, une aide à l'orientation des activités suivantes, et enfin la gestion des informations. Le rôle du système de contrôle est de combiner judicieusement et d'aligner les méthodes existantes au cas particulier traité. Ainsi les outils existants utilisés lors d'une étude ne sont pas connus au départ de l'application de la méthode. Conclusion et perspectives La méthode proposée permet de tirer parti de l'utilisation de plusieurs méthodes sans en avoir les inconvénients pratiques grâce au système de contrôle de l'information. Cette approche permet de construire en temps réel la démarche adaptée à un système donné. Cette approche a permis dans le cas de la préparation des stratégies journalières de production d'énergie d'améliorer la communication avec les experts de divers domaines, d'avoir une compréhension globale et partagée entre experts des problèmes clés, et enfin d'avoir une meilleure compréhension des sous problèmes.Pas de résum

Méthode d'analyse de système complexe (Application à la stratégie de production d'énergie dans les centrales co-génératrices de chaleur et d'électricité)

Le problème pratique support de la thèse concerne l optimisation de la stratégie de production journalière d énergie électrique et thermique urbaine de la société GENCO. Le support informatique au processus d optimisation en place à savoir le logiciel BoFiT TEP (Daily Operation Optimization and Portfolio Management) permet de construire un modèle simulant le fonctionnement du réseau de centrales. Le résultat du processus de décision est un scénario de production obtenu par un processus itératif. Pour initier le processus, un expert propose un scénario à partir de données liées au marché. Les caractéristiques des scénarios de production sont fournies au logiciel BoFiT TEP qui dans un premier temps les transforme en un problème d optimisation de type mixed integer problem (MIP) dont le but est de trouver la combinaison de ressources du réseau à faire fonctionner au moindre coût et dans les contraintes du scénario. L optimisation est ensuite réalisée par un outil standard CPLEX. L expert analyse ensuite le résultat pour le valider ou proposer un nouveau scénario. Le processus se poursuit dans un temps limité (1h) et une décision est prise par l expert. Les temps de calcul sont considérés comme trop long car ils ne permettent pas à l expert de réaliser suffisamment d itérations. Les temps de calcul augmentent avec le nombre d éléments de détails mis dans le modèle. Le problème initial peut être exprimé sous la forme d une contradiction : nous voulons avoir beaucoup d'éléments dans le modèle afin d'améliorer la stratégie de production (maximisation du bénéfice pour GENCO), et en même temps nous ne voulons pas avoir pas beaucoup d'éléments dans le modèle parce que la consommation de temps du processus de calcul augmente avec le volume de données à traiter. [Figure 1.Processus de production de scénario] La compréhension approfondie du système de production de scénarios en vue de son optimisation n est pas immédiate pour plusieurs raisons :Le nombre de variables à traiter est important et évolue dans le temps, Le processus de préparation des scénarios relève de connaissances de plusieurs domaines, le marché et les statistiques, les divers modèles de production d énergie, des processus de calcul. Certaines activités du processus, notamment la production de scénarios et leur validation, relèvent de connaissances implicites. En fait, l interface entre les modèles cités précédemment n est pas formalisée.Pour les raisons évoquées précédemment, une perception de l influence des différents systèmes composant le processus de production de scénarios sur son optimisation s avère nécessaire. L un des objectifs de cette thèse est de proposer une démarche et des outils permettant d identifier les problèmes clés liés à l évolution du processus de production des scénarios et de donner une vision de leurs liens, d aider à la prise de décision quant aux tactiques de résolution et, enfin, de mettre en forme cet ensemble de problèmes dans un formalisme permettant l utilisation itérative d outils et de méthodes de résolution de problèmes inventifs. Ce dernier point est nécessaires dans notre cas, car l optimisation individuelle des éléments du système de production de scénario ne permettra pas de satisfaire les performances attendues à terme du système ; il faudra donc modifier le modèle du système, en inventer un nouveau qui résoudra des contradictions inhérentes au système existant. En principe, différents outils et méthodes générales sont disponibles pour atteindre les résultats escomptés cités dans le paragraphe précédent. Deux approches s opposent pour l exploitation de ces outils. La première consiste à choisir un outil générique d analyse de notre système et de l adapter au problème traité. La seconde approche, que nous avons choisie, est de combiner des méthodes existantes pour tirer profit des valeurs ajoutées de leurs différences. La difficulté lors de l emploi de cette tactique est de combiner à bon escient et de contrôler l extraction de l information utile au traitement de notre problème spécifique. En effet, d une part les informations issues de ces méthodes se recouvrent partiellement et, d autre part, les informations de différentes natures issues de ces méthodes sont à mettre en cohérence. Le second objectif de cette thèse est d apporter une contribution méthodologique aux démarches générales d analyse de systèmes complexes en vue de la résolution des contradictions associées à leur évolution (i.e : les résultats de l analyse doivent permettre l utilisation des méthodes de résolution de problème issues des théories de résolution des problèmes inventifs). En terme de conception de méthode, le conflit à résoudre est résumé sur la figure 2 ci-dessous. [Figure 2: Contradiction associée à la construction de la méthode d analyse] La méthode proposée en résultat de nos travaux repose sur la maîtrise et le contrôle des différents outils utilisés à partir d une classification en trois familles: Les outils d exploration qui permettent de décrire et d explorer le système étudié, Les outils permettant d orienter et de guider vers les étapes suivantes, Les outils de gestion de l information et d évaluation. Le mémoire se compose de 6 chapitres. Le chapitre 1 décrit les approches connues d'analyse des systèmes complexes et formule le problème méthodologique abordé dans cette étude. Le chapitre 2 présente le système préparation et de validation de scénarios de production d énergie. Le chapitre 3 présente la catégorisation des outils d analyse utilisés pour le traitement du cas d étude. Le chapitre 4 aborde l utilisation d outils d analyse proposés sur le cas de la génération d une stratégie de production. Le chapitre 5 présente la méthode proposée. La conclusion et les perspectives du travail sont présentées dans le chapitre 6. Portée et buts L'introduction présente en détail les propriétés de quelques approches de résolution de problème et d analyse de système complexe (théorie des agents, théorie des systèmes dynamiques, etc..). Les caractéristiques principales d un système complexe sont présentées sur l'exemple des systèmes traités en ingénierie de l environnement. La comparaison des approches existantes et des caractéristiques des systèmes complexes est employée pour formuler le but et la portée de notre recherche. Le système de préparation de la stratégie journalière de production Le système de préparation des stratégies de production journalière est introduit dans ce chapitre. Le système est décrit de plusieurs points de vue : sa position dans l environnement, le processus de prise de décision. L utilisation du modèle technologique et des scénarios par le logiciel BoFiT TEP sont également présentés. Outils d'analyse - introduction Les outils d'analyse utilisés sont classés dans les catégories suivantes : des théories, des méthodes, des techniques, des procédures, des règles, des modèles et des concepts. Des outils d'analyse appliqués dans le chapitre suivant sont classés selon la description de l'objectif et du domaine d'application. Analyse du problème de préparation de scénarios L'analyse du problème de la préparation de la génération d'énergie débute par l'application d outils simples permettant de collecter l information de base sur le système. Ce type d outils est appelé par la suite outils d exploration . Ces outils sont complétés par des outils d organisation des résultats de l analyse.Synthèse et généralisation : l approche proposée La construction de cette approche a été effectuée pendant lors de l analyse du système de préparation des scénarios. La méthode d analyse peut elle aussi être considérée comme un système d activités. L analyse de ce système montre qu il lui manque un système de contrôle. Ce système de contrôle de l analyse est porte sur trois points : l exploration du système, une aide à l orientation des activités suivantes, et enfin la gestion des informations. Le rôle du système de contrôle est de combiner judicieusement et d aligner les méthodes existantes au cas particulier traité. Ainsi les outils existants utilisés lors d une étude ne sont pas connus au départ de l application de la méthode. Conclusion et perspectives La méthode proposée permet de tirer parti de l utilisation de plusieurs méthodes sans en avoir les inconvénients pratiques grâce au système de contrôle de l information. Cette approche permet de construire en temps réel la démarche adaptée à un système donné. Cette approche a permis dans le cas de la préparation des stratégies journalières de production d énergie d améliorer la communication avec les experts de divers domaines, d avoir une compréhension globale et partagée entre experts des problèmes clés, et enfin d avoir une meilleure compréhension des sous problèmes.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF