Pour créer de la transparence dans le réseau intelligent, il est nécessaire de fournir des données de mesure de base et de haute qualité avec une connectivité flexible maximale. Pour ce faire, il est important de définir correctement le réseau intelligent du point de vue sémantique. Cela est essentiel pour éviter tout malentendu entre l’exploitant et les fournisseurs de techniques de mesure et de logiciels lors de la définition du projet.

C’est pourquoi Camille Bauer et son réseau de partenaires se basent sur la définition de base d’un smart grid, telle qu’elle est décrite par l’Office fédéral de l’énergie en Suisse :

On entend par “smart grid” un système électrique qui assure de manière intelligente l’échange d’énergie électrique provenant de différentes sources avec des consommateurs présentant des caractéristiques de besoins différentes, en intégrant des technologies de mesure et, le plus souvent, des technologies numériques d’information et de communication. Un tel système doit tenir compte des besoins de tous les acteurs du marché et de la société. L’utilisation et l’exploitation du système peuvent ainsi être optimisées et rendues plus efficaces, les coûts et l’impact sur l’environnement peuvent être minimisés et la qualité et la sécurité de l’approvisionnement peuvent être garanties à un niveau suffisamment élevé”.

Traditionnellement, on installe un appareil de mesure par 3P (L1-L2-L3) ou 3PN (L1-L2-L3-N) pour mesurer le flux de charge avec un transformateur de courant ou une bobine de Rogowski. Dans le cas de la transparence dans le Smart Grid, cela signifierait, pour un système avec 8 charges (départs), qu’il faudrait également utiliser 8 appareils de mesure. Le coût de l’installation (p. ex. 8 x 4 entrées de mesure pour la tension et le courant, 8 x alimentation en tension, 8 x coûts pour un appareil de mesure et ses accessoires, 8 x installation, etc.) ainsi que l’espace de montage souvent indisponible posent problème.

Enfin, l’infrastructure informatique est également mise à contribution, car il faut soit créer des réseaux Modbus RS485 complets, soit gérer de nombreuses nouvelles adresses IP dans le patch. Sans oublier les dépenses élevées en matière de cyberprotection individuelle, de connectivité et d’administration générale des appareils. De plus, il faut s’assurer que tous les appareils de mesure utilisés mesurent en temps réel sur tous les canaux. Et si l’on souhaite également mettre en contexte la qualité du réseau, par exemple selon EN50160 et un moniteur d’événements supplémentaire, les coûts et la charge de travail explosent alors complètement.

Dans le système du LINAX PQ5000CL, tout a été intégré dans un seul système. Il s’agit d’une mesure de courant évolutive via les modules Current Link, en combinaison avec la surveillance de la qualité du réseau de classe A certifiée métrologiquement dans l’appareil de base. Il s’agit quasiment d’une boussole métrologique. Dans une étape d’extension, les différents canaux de courant des modules Current Link seront encore mis en relation avec les événements de tension de manière synchronisée dans le temps. Cela signifie que chaque événement de tension peut être observé et analysé avec les courants/canaux (prévu en 2023). Ce faisant, l’infrastructure informatique n’est sollicitée qu’au minimum, car un seul participant, en tant que concentrateur de données, se charge de la consolidation et de la communication de toutes les données de mesure. Sans oublier la cyberprotection unique au niveau des appareils, qui contribue largement à la cybersécurité globale dans l’exploitation du réseau.

Grâce à la fréquence d’échantillonnage élevée (18kHz (U) / 54kHz (I)), rien ne reste caché et même les fluctuations rapides sont enregistrées à tout moment et sans faille. Ceci est important pour mettre à disposition de l’automatisation (par ex. gestion numérique du réseau) des données très performantes mais aussi réelles, ou pour créer une transparence unique dans le réseau intelligent (par ex. Realtime Digital Twin). Dans ce cas, le transfert des données de mesure à l’unité de base s’effectue via le système de bus en anneau coaxial, et de là, les données de mesure consolidées sont transmises au système parallèle ou supérieur.

Chaque module Current Link (3P ou 3PN) a la possibilité d’être utilisé individuellement dans une plage de courant nominal typique selon la “technologie du facteur 20”. Les courants nominaux sont automatiquement catégorisés par les modules Current Link dans les plages “IN1 (typique/maximale) de 400A/1’000A” et “IN2 (typique/maximale) de 8’000A/20’000A”. Cela signifie que chaque module peut être utilisé en permanence jusqu’à 20’000A maximum. Une commutation de plage automatisée, intégrée dans les modules Current Link, aide dans ce cas. Ce type de fonctionnalité est parfaitement adapté à l’exploitation d’un système Current Link sur un grand nombre de courants nominaux et de charges réelles à charge inégale ou même symétrique.

Les lignes coaxiales sont des câbles bipolaires à structure concentrique. Ils se composent d’un conducteur intérieur (également appelé âme) entouré à distance constante d’un conducteur extérieur cylindrique creux. Le conducteur extérieur protège le conducteur intérieur des rayonnements parasites. Les lignes coaxiales sont adaptées à la transmission de signaux à large bande et à haute fréquence dans une gamme de fréquences allant de quelques kHz à quelques GHz.

En raison de leurs propriétés physiques et de leur simplicité, les lignes coaxiales conviennent très bien à la technologie évolutive Current Link. Les signaux à haute fréquence sont transmis de manière propre et performante. De plus, les perturbations extérieures et les perturbations vers l’extérieur sont très bien protégées. Grâce à la technologie coaxiale, il est en outre possible de construire des lignes en boucle d’une longueur totale maximale de 20 m comme “quasi-bus”, ce qui réduit énormément les frais de câblage. Ainsi, l’alimentation en énergie auxiliaire des modules Current Link ainsi que les signaux sont transmis dans un seul câble. Il n’est donc plus nécessaire de faire passer de nombreux câbles individuels dans une armoire de distribution. L’infrastructure informatique existante n’est pas surchargée. De plus, les accès non souhaités (par exemple les cyber-attaques) via la ligne de bus circulaire sont plutôt improbables.

La connectivité aux systèmes existants représente toujours un grand défi. Il s’agit d’une part du protocole de communication lui-même, mais aussi du type de données, c’est-à-dire quels résultats de mesure sont vraiment pertinents. Et enfin, la question d’un pull ou d’un push de données se pose. Le système LINAX PQ5000CL offre la possibilité d’une connexion via le protocole IEC61850. Pour cela, environ 32 données de mesure par module Current Link sont envoyées au système supérieur via un push de données en “top-of-second”, c’est-à-dire 1/s. Cela permet d’éviter les demandes de données et donc de décharger le système informatique. Si des données >1/s sont suffisantes, cela peut être paramétré individuellement dans le LINAX PQ5000CL.

Cependant, tous les systèmes de contrôle ne disposent pas déjà du protocole selon la norme IEC61850. C’est pourquoi des protocoles éprouvés comme Modbus RTU et Modbus TCP/IP sont pris en charge par le LINAX PQ5000CL. Et comme la mise en œuvre d’un réseau intelligent se fait typiquement dans un système de gestion de réseau spécifique (par exemple par Venios Energy Solution, Fichtner Digital Grid, etc.), des protocoles comme MQTT deviennent plus pertinents pour assurer une communication directe sans passerelle et en temps réel (prévu en 2023). Le système LINAX PQ5000CL met également les données de mesure à disposition via l’API REST.

La cybersécurité, en particulier dans l’infrastructure critique, est fondamentale. Actuellement, il est signalé que partout, et pas seulement dans ce domaine spécifique, les attaques se multiplient et s’accélèrent pour faire leur travail de destruction (p. ex. le ransomware Lockbit 3.0, etc.). C’est pourquoi tout accès non protégé (p. ex. ports LAN, ports USB, ports SD, etc.) représente un risque potentiel. Il en va de même pour les variantes de connectivité d’un appareil de mesure. Que ce soit par le biais de l’informatique ou aussi de l’IHM. Imaginons que les nombreuses données de mesure au niveau de la basse tension soient manipulées. Volontairement ou involontairement. C’est le chaos total.

Pour y remédier, des mécanismes de protection spécifiques ont été implémentés directement dans les instruments de mesure. Les mécanismes de protection sont actuellement représentés par le protocole sécurisé selon IEC61850, le HTTPS, un journal d’audit (journal de toutes les manipulations), des enregistreurs de données, des autorisations d’accès (RBAC) à différents niveaux, une liste blanche de clients et le transfert de données sur un serveur syslog. En outre, la possibilité d’une communication sans fil via une passerelle VPN peut être envisagée (attention au volume de données/unité de temps).

Le système LINAX PQ5000CL peut être monté de manière traditionnelle dans une armoire électrique sur un rail DIN. Mais souvent, il n’y a plus de place dans les installations existantes et le coût de l’installation d’une nouvelle armoire électrique est disproportionné. Pourquoi alors ne pas simplement visser l’unité de base au mur ? C’est précisément dans ce cas que l’unité de base a été installée dans un boîtier IP23 protégé contre la poussière et entièrement câblée, y compris l’alimentation électrique nécessaire des modules Current Link. Monter, connecter, c’est tout.

Le système Current Link ne tient pas seulement compte de la performance extrêmement élevée des mesures et des données, mais aussi d’une installation matérielle et d’une intégration logicielle aussi simples que possible. L’ensemble de la technique de mesure du courant peut être installé quasiment pendant le fonctionnement de l’installation. Les modules Current Link non invasifs avec la technologie Rogowski sur les boucles de mesure assurent une installation sans problème mais sûre. Grâce à la ligne de bus circulaire coaxiale, il n’y a pas de travaux de pose supplémentaires et coûteux. Enfin, les modules Current Link sont également alimentés par la ligne de bus circulaire avec la tension de service nécessaire. Si l’on opte en plus pour la variante intégrée dans un boîtier IP23, il n’est même plus nécessaire de procéder à un câblage supplémentaire dans une armoire de commande. Et comme l’appareil de base fait déjà office de concentrateur de données, les intégrations coûteuses de valeurs de mesure dans l’environnement informatique sont réduites de manière significative.

Pour plus d’informations, cliquez ici :

Application SMART GRID évolutive – un guide vers la gestion numérique des réseaux (en anglais)

VERS UN SMART GRID – APPROCHE GÉNÉRALE À L’EXEMPLE DE LA CENTRALE D’ÉLECTRICITÉ DE ZURICH (EWZ, en anglais)

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