Réseaux intelligents : Adopter la synchronisation temporelle
Il semble qu’il y ait un problème avec l’interopérabilité du système actuel. Au début, de nombreuses présentations ont été faites sur la fluidité et la fiabilité des opérations futures grâce à l’interopérabilité. Aujourd’hui, le scepticisme initial des réalistes se concrétise.
Économies dans les systèmes de réseaux intelligents interopérables
Bien qu’il y ait eu de nombreuses installations et déploiements, aucun résultat synthétique n’a été annoncé concernant les quantités de données transférées (supposons plus d’une lecture par jour), la portée de la communication, les taux de transmission réels, la latence, etc.
Bien qu’aucune information sur les résultats n’ait été publiée, il est possible de trouver des informations sur les économies réalisées dans le cadre de systèmes de réseaux intelligents interopérables. La grande surprise est que ces informations ne proviennent pas d’un seul service public, mais ont été publiées par la Commission européenne.
Si les distributeurs d’électricité veulent fonctionner de manière intelligente, il ne suffit pas que les clients aient des compteurs équipés d’un relais qui commute en fonction du tarif. Si les clients ne connectent pas cette fonctionnalité à leur infrastructure domestique et ne modifient pas leur comportement de consommation, les résultats sur papier s’écartent considérablement de la réalité. Les seuls à en bénéficier sont donc les fabricants de compteurs.
Repenser les normes actuelles de stabilité du réseau
Paradoxalement, les déploiements récents ont mis en évidence un fait : les systèmes de GE interopérables et la manière dont ils sont conçus aujourd’hui ne sont pas en mesure de garantir la stabilité du réseau électrique et la sécurité de l’approvisionnement en électricité. Afin de changer cette situation, il est nécessaire de réaliser des composants réseaux intelligents avec un contenu raisonnable. L’une des caractéristiques les plus fondamentales semble être la bonne synchronisation des réseaux CPL subordonnés pour la communication avec les compteurs.
Il ne s’agit donc pas d’une discussion sur l’intelligence de l’appareil. Ce qui importe ici, c’est que les appareils se comportent de manière coordonnée au sein du réseau intelligent. Ils doivent être synchronisés dans le temps afin de bénéficier du comportement prévisible du réseau intelligent et d’assurer la coopération mutuelle de ses composants.
La synchronisation est utile dans les domaines suivants :
- Contrôle temporel de la qualité des transmissions de paquets de données (TDM – time-division multiplex) : Plus l’incertitude temporelle est faible, mieux c’est, car les appareils individuels du réseau CPL peuvent transmettre des données avec un écart temporel plus faible sans perturbation mutuelle, ce qui entraîne une augmentation du débit du réseau.
- Mesure exacte des tensions et des courants immédiats : L’analyse de ces valeurs permet de déterminer la charge de distribution réelle et l’alimentation des transformateurs. En outre, si l’on applique les lois de Kirchhoff sur les circuits pour les courants de nœud et la tension de circuit, on peut déterminer avec précision où a lieu la consommation non autorisée. Compte tenu du fait que les pertes non techniques atteignent 10 à 50 % en Europe (avec une augmentation dans le sud-est), il s’agit d’une question très importante.
- Tous les compteurs sont capables de mesurer le courant ou la tension : Les valeurs mesurées de manière synchrone peuvent être stockées dans un registre FIFO, et si l’opérateur a besoin d’analyser des problèmes dans une localité donnée, les données stockées dans le compteur (y compris les horodatages) lui seront transférées.
- Les impulsions de synchronisation peuvent être utilisées pour indiquer les phases individuelles qui alimentent un compteur (voir image 1) : Peu importe que l’alimentation soit monophasée ou polyphasée. Nous pouvons ainsi détecter les asymétries de courant chez les clients équipés d’appareils monophasés.
Chaque phase a sa propre couleur. Au moment précis où la tension passe par zéro, le signal est injecté dans cette phase (en raison du couplage, il est également transmis dans d’autres phases, mais seule l’une d’entre elles a un signal en zéro croisant la tension de la phase appropriée).
Cours de synchronisation et caractéristiques insulaires
Le système de lecture et de transmission des données vers et depuis les clients présente une caractéristique insulaire avec un centre : l’alimentation du transformateur de distribution. Ce transformateur est équipé d’un dispositif (concentrateur de données) qui communique avec les compteurs intelligents des clients par l’intermédiaire des lignes électriques à basse tension. L’ensemble du réseau de distribution d’électricité à basse tension est constitué de ces îlots.
La synchronisation se fait à deux niveaux. Tout d’abord, le concentrateur de données est synchronisé et, ensuite, la synchronisation est transférée aux compteurs individuels.
La solution proposée présente plusieurs avantages :
- L’impulsion de synchronisation est définie avec précision et est transmise au moment du passage à zéro d’une tension phasée particulière, y compris l’horodatage.
- Les normes pour les systèmes de phasage synchro (appliqués pour le contrôle des systèmes à très haute tension) acceptent une déviation inférieure à 1 %. Ainsi, pour une fréquence de 50 Hz, une incertitude de ± 30 µs est autorisée, ce qui correspond à la précision acceptée pour les systèmes à basse tension (la synchronisation propre pour la mesure du phasage a une précision nettement plus élevée : ± 1 µs).
Calcul des délais de synchronisation
Afin de calculer le retard causé par les caractéristiques des lignes électriques, nous supposerons une vitesse de la lumière constante k = 0,6 et une longueur maximale des lignes à basse tension qui, en raison de la garantie de pertes maximales, n’excède pas environ 2 km. La durée de la période du réseau est de 0,02 s.
Cela signifie qu’il est possible de réaliser de manière fiable la synchronisation des appareils alimentés par le réseau BT avec une précision de ±50 µs pour tous les appareils. En comparaison, la norme PRIME, par exemple, synchronise les appareils terminaux subordonnés avec des paquets de données transmis sur les lignes électriques.
Limites de la précision de la norme PRIME
Si le paquet passe sans que le signal ne se répète (en général, le nombre de répétitions atteint 4 à 8 fois), la précision atteint ± 0,01 s dans des conditions très favorables. Cependant, cette « norme » présente une grande faiblesse : le chiffre ci-dessus représente la précision de base et, en raison de la répétition du signal, il y a un décalage temporel important à chaque mètre.
La précision habituelle des compteurs PRIME est donc de ±1 seconde. Ce système est adapté à la commutation tarifaire. Il n’est cependant pas applicable pour le contrôle du réseau (voir ci-dessus).
Méthodes de synchronisation des concentrateurs de données
Revenons à la synchronisation des concentrateurs de données. Il existe plusieurs façons de synchroniser les concentrateurs de données. Si le concentrateur de données est connecté directement (par câble) à l’internet, il est possible d’utiliser les protocoles NTP ou PTP qui sont utilisés pour la synchronisation temporelle des appareils connectés à l’internet. Si la connectivité est sans fil (GPRS ou EDGE) par l’intermédiaire d’opérateurs mobiles, nous ne pouvons pas utiliser ce canal pour la synchronisation en raison d’une latence indéfinie.
L’autre choix est la synchronisation via un signal GPS (ou similaire). La précision est similaire, voire supérieure, à celle des services NTP ou PTP. Le seul inconvénient est que ce signal n’est pas garanti et que son propriétaire peut le désactiver sans avertissement.
Défendre la science contre le contrôle bureaucratique
Méfiez-vous d’un système qui fonctionne sur la base de lois physiques s’il est contrôlé par des bureaucrates. Souvent, ils présentent des décisions qui ne sont examinées que par eux-mêmes, sans les connaissances nécessaires, et ils espèrent naïvement qu’elles fonctionneront correctement sur une longue période.
Heureusement, l’industrie de l’énergie se défend généralement contre ces pressions. Il n’en reste pas moins que ce n’est qu’une question de temps avant qu’elle ne soit vaincue. Si cela se produit, il est nécessaire d’être prêt avec des solutions techniques basées sur les lois de la science, et non sur de jolies images et présentations qui ne sont pas utilisables dans la pratique.