Domaine technique

L’invention se situe dans le domaine des procédés de supervision d’un système électrique.

L’invention concerne également un dispositif de supervision électrique et un système comportant le dispositif de supervision selon l’invention. Elle concerne enfin un produit programme d’ordinateur mettant en œuvre le procédé de supervision selon l’invention.

État de la technique antérieure

Depuis quelques années, les réseaux de distribution de l’énergie électrique sont au cœur des évolutions énergétiques et environnementales qui touchent notre société. En effet, de nombreuses applications exploitent le vecteur électrique afin d’accroître leur efficacité énergétique. C’est en particulier le cas des véhicules électriques ou du chauffage par pompes à chaleur. La diminution de la consommation énergétique des ménages et des industries s’accompagne souvent d’un accroissement de la part électrique de cette consommation. Le réseau électrique de distribution voit donc accroître l’évolution de son utilisation. Parallèlement, le consommateur domestique ou industriel alimenté par le réseau de distribution participe de plus en plus à la production d’énergie électrique, souvent d’origine renouvelable. Cette production n’est pas nécessairement en concomitance avec la consommation électrique ; de l’énergie est alors refoulée sur le réseau de distribution, voire le réseau de transport. En l’absence de maîtrise de ces évolutions, les contraintes sur les ouvrages amèneraient au renforcement du réseau de distribution en augmentant le nombre et les dimensions des lignes et des postes électriques avec des coûts élevés et des conséquences dommageables pour l’environnement. Cette stratégie serait également un véritable frein au développement des véhicules électriques alors que l’avantage majeur des véhicules électriques est sa faible émission de C02. En effet les émissions de C02 de ce type de véhicule dépendent de la teneur de C02 de l’énergie électrique les alimentant, l’idéal étant que la charge de ces véhicules soit réalisée à base d’énergie renouvelable.

On connaît des procédés de supervision d’un réseau électrique dans l’art antérieur, tel que celui décrit par le document US8401709B2 qui concerne un système permettant de gérer et de contrôler de manière dynamique les ressources énergétiques distribuées dans un réseau de transmission/distribution.

Toutefois, cette solution n’est pas totalement satisfaisante car le système de gestion ne prend pas en compte l’état électrique du réseau de distribution dans le contrôle dynamique des ressources énergétiques distribuées. Aussi, le système de gestion ne propose pas d’intégrer de stratégie de reconfiguration de réseau. Exposé de l’invention

Un but de l’invention est notamment de remédier à tout ou partie des inconvénients précités.

Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un procédé de supervision d’un système électrique comprenant des charges électriques, un réseau et des sources d’énergie.

La présente description utilise les notions de domaines haute tension niveau B (HTB), haute tension niveau A (HTA), aussi appelée moyenne tension, et basse tension (BT).

En France, le domaine de la haute tension niveau B vise des tensions supérieures à 50 kV.

En France, le domaine de la haute tension niveau A vise des tensions supérieures à lkv et inférieures à 50kv.

En France, le domaine de la basse tension vise des tensions inférieures à 1000V.

Des délimitations similaires de plages de tensions existant dans d’autres pays, on se référera à la norme applicable aux réseaux électriques de transport et de distribution pour délimiter les différents domaines.

Par exemple, aux États-Unis, ces trois domaines sont respectivement visés par les termes high voltage, medium voltage, et low voltage. Plus précisément, la norme ANSI C84.1-1989 sépare les sous domaines de la manière suivante : high voltage, pour domaine de tension de 69 kV à 230 kV, medium voltage, pour le domaine de tension de 600 V à 69 kV, low voltage pour les tensions inférieures à 600 V.

Chacune des charges électriques est raccordée au réseau électrique par l’intermédiaire d’un transformateur de tension de moyenne à basse tension.

Par transformateur de tension de moyenne à basse tension, la présente description vise un transformateur adapté pour transformer une tension du domaine de la moyenne tension en une tension du domaine de la basse tension. Selon le vocabulaire de l’homme du métier, le transformateur de tension de moyenne à basse tension est raccordé et à un tableau secondaire de distribution de niveau A du côté du domaine de la haute tension niveau A, et à un tableau principal de distribution de basse tension du côté du domaine de la basse tension. En France, le transformateur de tension de moyenne à basse tension est aussi désigné par transformateur HTA/BT par l’homme du métier.

Le réseau électrique est alimenté d’une part par au moins un transformateur de haute à moyenne tension, et d’autre part par une pluralité de sources d’énergie locales. Dans la présente description, le terme local signifie que la source est raccordée sur le domaine de tension HTA ou BT

Par transformateur de haute à moyenne tension, la présente description vise un transformateur adapté pour transformer une tension du domaine de la haute tension en une tension du domaine de la moyenne tension. Selon le vocabulaire de l’homme du métier, le transformateur de tension de haute à moyenne tension est raccordé et à un poste de livraison de niveau B du côté du domaine de la haute tension niveau B , et à un tableau principal de distribution de haute tension de niveau A du côté du domaine de la haute tension de niveau A. En France, le transformateur de haute à moyenne tension est aussi désigné par transformateur HTB/HTA par l’homme du métier.

Par nature d’une source d’énergie, la présente description vise, de manière non limitative, les sources d’énergie éolienne, photo voltaïque. La présente description envisage aussi la restitution d’énergie au réseau par un véhicule électrique, qui est alors vu comme une source d’énergie.

De préférence, au moins deux sources d’énergie de la pluralité de sources d’énergie sont de nature différente.

Le procédé de supervision selon le premier aspect de l’invention comporte les étapes suivantes :

acquisition(s), de préférence de manière intermittente, de valeurs efficaces moyennées, sur un intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant au niveau (en entrée ou en sortie) du transformateur de haute à moyenne tension,

acquisition(s), de préférence de manière intermittente, sur l’intervalle de temps prédéterminé, de valeurs des puissances actives et réactives, de la tension et du courant, au niveau d’une partie au moins des sources d’énergie locales,

acquisition(s), de préférence de manière intermittente, sur l’intervalle de temps prédéterminé de valeurs actives de la tension et du courant au niveau des départs du transformateur de haute à moyenne tension,

acquisition(s), de préférence de manière intermittente, sur l’intervalle de temps prédéterminé, des valeurs des puissances actives et réactives, de la tension et du courant au niveau d’un premier sous-ensemble de la partie de charges électriques, chacune des charges électriques du premier sous-ensemble étant équipée d’un moyen de télérelève, acquisition d’un historique de données de comptage d’énergie, sur un second intervalle de temps, par exemple d’un an, de chacune des charges électriques de la partie de charges électriques n’appartenant pas au premier sous-ensemble.

Selon une possibilité, le moyen de télérelève peut être filaire, par exemple utilisation d’une ligne téléphonique ou par utilisation du courant porteur en ligne.

Alternativement, le moyen de télérelève peut être sans fil, par exemple utilisation d’une technologie de type GSM, pour l’anglais Global System for Mobile communications.

Selon un mode de réalisation, il est en outre prévu d’acquérir un historique de données de comptage d’énergie, sur le second intervalle de temps, de charges appartenant au premier sous- ensemble, c’est-à-dire de charges pourvues d’un moyen de télérelève. Le procédé de supervision selon le premier aspect de l’invention comporte en outre une étape calcul de consignes de supervision à partir de données représentatives de l’état du système électrique à un instant courant. La consigne de supervision peut être appliquée à une charge, à une source d’énergie ou à un stockage d’énergie.

Toujours selon le premier aspect de l’invention, et préalablement à l’application au système électrique des consignes de supervision résultant de l’étape de calcul, le procédé de supervision comporte les étapes suivantes :

- une détermination d’un état courant d’un modèle numérique du système électrique à l’instant courant,

- une étape de calcul d’un état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur à l’instant courant, à partir d’une application numérique des consignes de supervision à l’état courant du modèle numérique déterminé.

Si l’état virtuel ainsi calculé s’inscrit dans le domaine d’exploitation du réseau, appliquer les consignes de supervisions, sinon, modifier les consignes de supervisions et réappliquer l’étape de calcul de l’état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur par réévaluation de la représentation numérique virtuelle de l’état du système électrique à l’instant ultérieur à partir des consignes de supervisions modifiées.

Le domaine d’exploitation du réseau est l’espace en plan de tension, contraintes thermiques des lignes et des transformateurs l’intérieur duquel le réseau électrique peut fonctionner en sécurité. Si le réseau électrique est mis en exploitation en dehors de son domaine d’exploitation, sa structure risque d’être endommagée, voire détruite.

Avantageusement, la consigne de supervision peut être une consigne de modulation de puissance. La modulation de puissance peut, par exemple, être une consigne d’effacement. Une charge, une source, ou un stockage peuvent être effacés.

Selon une possibilité, les charges électriques d’un deuxième sous-ensemble de la partie de charges électriques sont dépourvues de capteur ou de moyen de télérelève. Le procédé peut comporter une étape additionnelle de reconstitution et d’enregistrement dans une mémoire de la courbe temporelle de charge de chacune des charges électriques du second sous-ensemble. Le calcul de consignes de supervision peut alors prendre en compte d’une part les données acquises et d’autre part les courbes temporelles du deuxième sous-ensemble. On adresse ainsi la difficulté posée par les charges qui ne sont pas équipées de moyen de télérelève.

Selon un mode de réalisation, le réseau électrique peut comporter une pluralité d’interrupteurs télécommandés pour la modification du schéma d’exploitation du réseau. L’étape de reconstitution de la courbe temporelle de charge de chacune des charges électriques du second sous-ensemble peut alors prendre en compte l’état des interrupteurs télécommandés.

Les consignes de supervision peuvent comprendre des consignes de commande de l’état des interrupteurs. Il est ainsi possible de reconfigurer le réseau électrique.

Les consignes de supervision peuvent comprendre des consignes de commande de l’état de sources d’énergie. Les consignes de commandes peuvent par exemple comprendre des consignes pour écrêter l’état d’une source d’énergie renouvelable. Par source d’énergie renouvelable, la présente description désigne, par exemple, une source éolienne, photo voltaïque, de petite hydraulique (au fil de l’eau), ou de déchet, par valorisation des déchets par exemple méthanisation.

En particulier, la source d’énergie peut être un véhicule électrique.

Toujours selon une possibilité, le système électrique peut comporter en outre au moins un dispositif de stockage. Les consignes de supervision peuvent alors comprendre des consignes de commande de l’état de T au moins un dispositif de stockage.

Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un dispositif comportant des moyens d’acquisition configurés pour acquérir les différentes données mise en œuvre dans une étape d’un procédé selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements, des moyens de calcul configurés pour effectuer les calculs effectués par les étapes de calcul du procédé et des moyens d’actionnement configurés pour appliquer les différentes consignes de supervision du procédé.

Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un système comportant un système électrique et un dispositif de supervision du système électrique selon le deuxième aspect de l’invention.

Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un produit programme d’ordinateur, téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, et chargeable dans une mémoire interne d’une unité de calcul, comportant des instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par l’unité de calcul, mettent en œuvre les étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements. Il est ainsi prévu d’implémenter sous forme de produit programme d’ordinateur un tel procédé.

Description des figures D’ autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels :

- La figure 1 représente schématiquement un système selon un mode de réalisation de l’invention,

- La figure 2 représente schématiquement un procédé selon un mode de réalisation de l’invention.

Description de modes de réalisation

Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

Sur les figures un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence.

La figure 1 illustre un exemple de réalisation d’un système 1 selon l’invention.

Le système selon l’invention comportant un système électrique 100 et un dispositif de supervision 200 selon l’invention du système électrique 100.

Le système électrique 100 comporte :

- deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024, disposés au sein d’un poste électrique HTB/HTA référencé 102,

- trois transformateurs de moyenne à basse tension, respectivement 1042, 1044 et 1046,

- deux charges, respectivement 1062 et 1066,

- un réseau électrique 108, fonctionnellement disposé entre les deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024, et les deux charges, respectivement 1062 et 1064,

- une source d’énergie renouvelable de type éolienne 110,

- trois interrupteurs télécommandés 1122, 1124, 1126.,

12 interrupteurs télécommandés, un interrupteur en tête de départ HTA + deux interrupteur en ligne (1128 et 1146) + interrupteur du JdB HTA 1126 + interrupteur transformateur 1122 et 1124. Le réseau électrique 108 est alimenté d’une part par les deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024

Plus précisément, les interrupteurs télécommandés 1122 et 1124 sont normalement fermés (mais représenté normalement ouvert dans le schémas), et conduisent le courant depuis le transformateur 1022, respectivement 1024, vers un tableau principal de distribution HTA 1082, respectivement 1084.

L’interrupteur télécommandé 1126 est normalement ouvert. Toutefois, il est possible de reconfigurer le réseau, en fermant l’interrupteur 1126 dès lors que l’un des deux interrupteurs 1122 ou 1124 est ouvert. Le tableau principal de distribution HTA 1082, respectivement 1084, peut alors être alimenté par un autre transformateur.

Le réseau électrique est en outre alimenté par la source d’énergie renouvelable de type éolienne 110. A cet effet, la source d’énergie renouvelable est raccordée au tableau principal de distribution HTA 1082.

Chacun des transformateurs, respectivement 1042, 1044, de haute à moyenne tension est raccordée au poste électrique 102 par l’intermédiaire de ligne HTA, aussi appelée départ HTA, disposée entre le transformateur et le tableau principal de distribution 1082 ou 1084.

Chacune des charges électriques, respectivement 1062 et 1064, est raccordée à un tableau principal de distribution basse tension, 1082, respectivement 1084, par l’intermédiaire d’un transformateur, respectivement 1042, 1044, de haute à basse tension.

Une charge pilotable 1267, par exemple un chauffe-eau électrique ou un véhicule électrique, peut être également raccordée au tableau principal de distribution 1084 par l’intermédiaire du transformateur 1042 de haute à basse tension.

Le transformateur 1046 de haute à basse tension est raccordé au tableau principal 1084 de distribution HTA par l’intermédiaire d’un tableau secondaire 1086 de distribution basse tension.

Comme cela est représenté, des productions photo voltaïques, sur toiture résidentielle ou parc de production, respectivement 1265 et 1266, peuvent faire partie du réseau.

Comme représenté sur la figure, le réseau électrique comporte encore un autre interrupteur télécommandé 1128 (normalement ouvert) agencé pour choisir sélectivement l’alimentation en énergie de la charge 1162 parmi deux départs HTA.

Comme cela est illustré par les différents triangles sur la figure, le système électrique 100 comporte en outre des moyens de comptage ou télémesure.

Ces moyens de comptages peuvent être disposés au niveau d’une source, comme le moyen 1142, au niveau d’un départ HTA comme le moyen 1144, ou encore au niveau d’une charge comme les moyens 1146 et 1148, respectivement associés à la charge 1064 et 1062. On peut noter que le compteur 1148 peut être de type compteur électronique et indiquer un index de consommation.

Toutefois, certaines charges, non représentées, ne disposent pas de moyen de télérelève.

Le dispositif de supervision 200 comporte :

- des moyens d’acquisition 202 configurés pour acquérir des données provenant du système électrique 100,

- des moyens de calcul 204 configurés pour effectuer des calculs pour déterminer des consignes de supervision qui vont être présentées ultérieurement,

- des moyens d’actionnement 206 configurés pour appliquer les différentes consignes de supervision au système électrique 100.

Le dispositif de supervision 200 est souvent appelé système de contrôle et d’acquisition de données ou SCADA, pour l’anglais Supervisory Control And Data Acquisition.

La particularité de l’invention réside notamment dans la configuration des moyens de calculs pour déterminer les consignes de supervision.

Selon une possibilité, le dispositif de supervision 200 peut en outre comporter des moyens de réception 208 de tarification de l’électricité.

Selon une possibilité avantageuse, les moyens de calcul 204 peuvent être configurés pour mettre en œuvre des outils d’intelligence artificiel (par exemple des réseaux de neurones , de la logique floue) pour déterminer les consignes de supervision à partir d’un procédé selon l’invention, et/ou de tarification de l’électricité récupérées par les moyens de réception 208.

En référence à la figure 2, il est représenté un exemple de procédé PI de supervision selon l’invention.

Le procédé PI comporte une étape d’acquisition El .

L’étape d’acquisition El comporte les étapes suivantes, mises en œuvre via les moyens de d’acquisition 202 :

acquisition El 1 de valeurs efficaces moyennées, sur un intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension 1022 et 124,

acquisition E12 de valeurs, sur l’intervalle de temps prédéterminé (classiquement 10 minutes), des puissances actives et réactives, de la tension et du courant, au niveau d’une partie au moins des sources d’énergie locales, via le moyen de mesure 1142, acquisition El 3 de valeurs, sur l’intervalle de temps prédéterminé, actives de la tension et du courant au niveau de départs du transformateur de haute à moyenne tension, via les moyens de mesure 1144, acquisition E14 de valeurs, sur l’intervalle de temps prédéterminé, des puissance active et réactive, de la tension et du courant au niveau d’un premier sous-ensemble de la partie, chacune des charges électriques du premier sous-ensemble étant équipée d’un moyen de télérelève, ou plus généralement d’un capteur de consommation, via le moyen de mesure 1148,

acquisition E15 de l’historique des données de comptage d’énergie sur un second intervalle de temps de chacune des charges électriques des charges électriques n’appartenant pas au premier sous-ensemble,

- reconstitution et enregistrement El 6 dans une mémoire de la courbe temporelle de charge de chacune des charges électriques du second sous-ensemble, le calcul de consignes de supervision prenant en compte d’une part les données acquises et d’autre part les courbes temporelles.

Le procédé PI comporte une étape E2 de détermination d’un modèle numérique à l’instant courant du système électrique, à partir des données acquises au cours de l’étape El et de détermination de consignes de supervision (des outils d’intelligence artificiel permettent de consolider les résultats et de s’affranchir de données manquante et/ou erronées).

Le procédé PI comporte une étape E3 comportant une application numérique virtuelle des consignes de supervision au modèle numérique à l’instant courant. En sortie de l’étape E3, il est ainsi déterminé un état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur à partir d’un modèle numérique à l’instant courant du système électrique.

Le procédé PI comporte une étape E4 de vérification de la conformité l’état virtuel à un instant ultérieur avec le domaine d’exploitation du réseau.

Si l’état virtuel à un instant ultérieur ainsi calculé s’inscrit dans le domaine d’exploitation du réseau, le procédé PI se poursuit par une étape E5 comportant une application des consignes de supervisions au système électrique 100.

Si l’état du réseau virtuel à un instant ultérieur ainsi calculé ne s’inscrit pas dans le domaine d’exploitation du réseau, le procédé PI se poursuit par une étape E6 de détermination de consignes de supervisions modifiées.

L’étape E6 est alors poursuivie par l’étape E3, qui comporte alors une application numérique des consignes de supervision modifiée au modèle numérique à l’instant courant. En sortie de l’étape E3 , il est ainsi déterminé un nouvel état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur à partir de l’état courant et des consignes modifiées. La vérification de l’étape E4 est alors effectuée.

Avec le procédé PI selon l’invention, le réseau électrique est modélisé selon un niveau de granularité très fin, et il est possible de délivrer différentes consignes de supervision, telle que - io des consignes de modulation de puissance, de commande de l’état des interrupteurs, de commande de l’état des sources d’énergie ou encore de commande de l’état d’au moins un dispositif de stockage.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.