Gestion de la domotique

La domotique, par définition, est un objet connecté. C’est-à-dire qu’il est possible de connaître sa consommation en temps réel. De plus, un appareil de la domotique se doit d’être pilotable afin de répondre aux ordres humains mais aussi pour communiquer avec les autres appareils et le compteur intelligent.

La domotique comprend des stratégies de consommation affectant le cycle de consommation de l’appareil, que ce soit à l’instant t ou pour sa consommation future. Ainsi, la domotique peut être assimilée à un automate (ici une machine à état fini).

Une machine à état fini (FSM) est un modèle mathématique utilisé pour modéliser les circuits séquentiels logiques et les programmes embarqués. La machine se trouve dans un et un seul état à un instant t, dépendant de son environnement. En fonction de ce dernier, l’automate peut changer d’état à l’instant suivant, suivant des règles définis au préalable. Chaque état détermine une évolution ou des valeurs définies par les paramètres de la machine, voire une action de la machine vers son environnement.

Le changement d’un état vers un autre état est appelé une transition. Cette dernière est caractérisée par un symbole ou une lettre, provenant d’un alphabet. A tout instant, il est possible de connaitre la suite finie de symbole qu’a parcouru l’automate, cette séquence est appelé un mot. L’ensemble des mots que peut reconnaitre l’automate est nommé le langage ou expression régulière.

Un FSM est représenté par un graphe, où chaque état de la machine est un nœud et une transition est un arc pondéré par le symbole correspondant. L’expression régulière (a), suivi par b ou c dans un nombre infini ou nul, puis fini par d est représenter par le graphe suivant :

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Figure 9 : Automate avec un état Start et un état final.

La théorie des langages possède bien d’autres critères tels que les grammaires ou la célèbre machine du Turing, nous n’exposerons pas plus de théorie ici. Notre appareil de la domotique possède donc un automate permettant de connaitre son état en tout instant, et avec la possibilité de changer d’état, et donc de mode de consommation, en réponse à son environnement. Ce dernier peut être une action de l’utilisation, ou une réponse à la gestion du microgrid.

De ce fait, il est possible de représenter tout objet de la domotique par un automate dédié, voire de créer un automate générique pouvant ensuite être paramétré pour correspondre à un appareil donné. La consommation et la priorité de consommation sont déterminées par l’état en cours. Un schéma de consommation peut suivre un état de départ, comme le montre l’expression régulière au-dessus.

Prenons l’exemple d’un système de chauffage électrique, dans un fonctionnement standard le radiateur passe par deux états : En dessous de la température de consigne qui déclenche le chauffage et au dessus de la température de consigne qui l’arrête.

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Figure 10 : automate normal pour le fonctionnement d’un radiateur.

Afin d’intégrer les comportements relatifs au demande side management il faut intégré d’avantage de paramètres. En plus de l’ensemble des données de température et de la consigne utilisateur (setpoints), les indicateurs retenus sont les suivants : le prix, la spuissance demandée et l’utilité.

L’utilité et la puissance demandé sont la résultant entre la température extérieure, la consigne et le prix de l’électricité.  Ces deux paramètres caractériseront l’appareil pour la résolution de problème du sac à dos. Le sac à dos indique ensuite la puissance disponible pour chaque appareil.

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Figure 11 : automate FSM pour une gestion intelligente du chauffage.

Dans notre modélisation FSM, nous retrouvons les deux états de « sécurité » ON et OFF caractérisé par le dépassement de la température de consigne basse et haute. Ces températures limites sont fixés par l’utilisateurs auxquelles on  ajoute une marge de tolérance positive et/ou négative pour le DSM. Un troisième état MAN, correspond à la fonction manuelle, à tout moment l’utilisateur peut revenir dans un fonctionnement standard (cf. Schéma standard)

Les états ON, OFF, MAN, AUTO, on une infinité de pararamétrisations possibles en fonction du mode de fonctionnement et des directives de demand-side managment. Par exemple : utilisateur absent, utilisateur revient bientôt, demande d’effacement + / -, Confort stricte, Confort fléxible…

Chacun de tous ces modes sont interconnecté, et le passage de l’un a l’autre peut être réalisé par l’utilisateur, par apprentissage des comportement utilisateur ou par instruction du Grid.

Voyons maintenant en détail la fonction de l’état AUTO : il y constitué des deux mécanismes vu précédemment :  la résolution du sac à dos, et un Pricer.  Les prix de l’électricité se sont liés à ceux du marché de l’énergie. De ce fait, nous nous retrouvons dans une situation similaire à celle de bourse traditionnelle. Dans le cadre de notre projet, l’idée est d’utiliser un pricer afin de connaître le prix futur du cours de l’électricité. Pourquoi ? Parce que nous voulons que le grid achète de l’énergie si besoin est mais aussi si l’énergie n’est pas trop cher. Par exemple, il est 20h. Il nous reste un stock d’énergie pour répondre à tous les appareils allumés de la maison. Le grid s’aperçoit que dans 1h30, l’énergie sera moins chère. Donc il va se restreindre à ce que la maison possède déjà avant d’en racheter.

On se place dans un intervalle d’étude entre t0 et t1+ dt, avec t0 l’instant de la mesure, t1 le temps avant que l’etat ON ne s’active et dt le temps entre deux résolutions du problème du sac à dos.

On résout le pricer sur la période [t0,t1] pour déterminer le meilleur prix et on observe la tendance entre ] t1 , t1+ dt ] avec une tendance croissante on préviligera l’achat d’électricité sur la periode [t0,t1] avec un tendance décroissante une partie de l’achat d’électricité sera reporté. Le résulat du pricer donne une information sur le schéma de consommation à suivre (ce dernier passera par un mot déterminé jusqu’à recevoir l’ordre du pricer).

Cet exemple est simpliste, le potentiel de contrôle n’a de limite que notre entendement. Des recherches supplémentaires permettront d’établir un schéma d’automate générique pouvant être paramétré pour chaque appareil.

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