Estimation des temps de propagation des débits dans les Vallées Hydrauliques

Estimation of flow propagation times in hydraulic valleys

Résumé

Cet article apporte une solution technique au problème de l'estimation des temps de propagation des débits dans les vallées hydrauliques. La connaissance des temps de propagation constitue une information essentielle pour le Producteur Hydraulique. Les besoins concernent principalement :

1) l’optimisation des programmes journaliers de production en ajustant les périodes de stockage et déstockage ;

2) l’optimisation de la conduite en mode « fil de l’eau » des aménagements hydroélectriques en cascade dans ces vallées en introduisant les bons termes d’anticipation dans les lois de commande.

L’objectif de l’étude est d’estimer ces temps de propagation (assimilés à des retards purs en automatique) à partir des signaux entrée-sortie (i.e. débits, niveaux) mesurés par les systèmes de supervision. Nous proposons une nouvelle méthode d’estimation des temps de propagation, fondée sur la détection d’une discontinuité dans une réponse impulsionnelle du système estimée à l’aide d’une analyse de corrélation à partir des fichiers d’historisation journalière. L'un des apports de l’étude concerne la visualisation des résultats sous la forme d’une « représentation temps-jours » des réponses impulsionnelles estimées sur une année d’épisodes enregistrés. Une telle représentation offre une visualisation originale et intéressante des réponses impulsionnelles et permet d'observer clairement la plage de variation des retards durant l'année en fonction des épisodes de débits. Les estimations des retards issues de l'analyse des « représentations temps-jours » se révèlent cohérentes par rapport aux caractéristiques physiques des biefs et ont permis d'affiner les estimations empiriques initiales. Ces résultats soulignent l'intérêt d'une approche pratique et simple de mise en œuvre.

Abstract

This article brings a technical solution to the estimation problem of the propagation times of the flows in hydraulic valleys. The knowledge of the propagation times constitutes essential information for the Hydraulic Producer. The needs concern mainly:

1) the optimization of the daily programs of production by adjusting the periods of filling and emptying;

2) the optimization of the control of run-of-river cascaded hydroelectric plants in these valleys by introducing the appropriate anticipation terms into the control laws.

The aim of the study is to estimate these propagation times (assimilated to time-delays in control systems theory) from the input-output signals (i.e. flows, levels) measured by supervisory control systems. A new estimation method of the propagation times, based on the detection of a discontinuity in an impulse response estimated by a correlation analysis from daily data sets, is proposed. One of the study contributions relates to the visualization of the results in the form of a "time-days representation" of the impulse responses estimated over one year of recorded episodes. Such a representation offers an original and interesting visualization of the impulse responses and makes it possible to clearly observe the variation range of the delays during the year according to the episodes of flows. The delay estimates resulting from the analysis of the "time-days representations" appear coherent compared to the physical characteristics of the reaches and allow to refine the initial empirical estimates. These results underline the interest of a practical and easy to implement approach.