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Revue 171 - L'électricité, l'Ordinateur et les Télécoms

Articles Revue TELECOM

-

15/01/2014


L’électricité, l’ordinateur

et les télécoms


(ou les Smart grids

ont toujours existé)


par Michel Cochet (1973) dans la revue TELECOM n° 171





 















Les grandes entreprises électriques ou « Power Utilities » exploitent un réseau  électrique triphasé qui est régi par des lois physiques relativement simples : loi  de Kirchhoff, loi de Joule, effet capacitif et effet self. il subit surtout une contrainte forte : respecter en permanence l’équilibre production-consommation, l’électricité  étant très peu facilement stockable.

Un réseau inclut  :

  • Les centrales électriques, chargées de produire l’électricité ;
  • Le réseau de transport à très haute et à haute tension, chargé de transpor-ter l’énergie sur de grandes distances, d’assurer l’interconnexion entre les centrales de production et de fournir l’électricité aux gros consommateurs et aux réseaux de distribution ;
  • Les réseaux de distribution à moyenne et basse tension, chargés de délivrer l’énergie aux clients (PME-PMI et particuliers) et de recevoir la production des sources d’électricité décentralisées (essentiellement de type renouvelable).
 
Chaque ouvrage (ligne, groupe de pro-duction, transformateur, jeux de barres) peut être l’objet d’incidents (pannes, mauvais fonctionnement, fuites ou court-circuit par exemple). C’est pourquoi toute une panoplie d’équipements est installée pour éviter que ces incidents ne détruisent l’ouvrage, ou ne compromettent la qualité de fourniture d’énergie.

Parmi eux, il faut distinguer 3 catégories :
  • Les relais de protection (ou simplement protections) chargés de mettre hors tension la partie en défaut de l’ouvrage ou du réseau ;
  • Les automates chargés d’effectuer des manœuvres automatiquement et très rapidement ;
  • Les équipements de surveillance et de télécommande chargés de collecter des informations sur l’état du réseau, de les envoyer aux personnes chargées de conduire le système (opérateurs ou Dispatcheurs) puis de transmettre des ordres à distance (grâce à des systèmes SCADA/EMS pour Supervisory Control and Data Acquisition/Energy Management System) installés dans des centres de conduite ou dispatchings Nationaux, Régionaux et de Distribution.
 
Il faut noter que dans cette structure de réseau que seul le réseau de transport est et restera un monopole de fait de par sa structure (mais il peut être détenu par une entreprise privée concessionnaire d’une mission de service non discriminatoire). Les réseaux de Distribution sont détenus par des communes, des syndicats de communes ou souvent sont du type concession et la production d’électricité est ouverte à la concurrence et à la loi du marché de l’électricité.


Les Protections et Automates des réseaux électriques

Ces équipements, à partir de la mesure du courant électrique triphasé, de la tension et de la fréquence de l’ouvrage ou du réseau concerné sont capables d’émettre des commandes locales permettant d’ouvrir les disjoncteurs et les sectionneurs pour isoler une ligne, un transformateur, un jeu de barre, un groupe de production.

Ces équipements s’appellent Protections de distance, différentielles, à maximum d’intensité et de surtension pour les lignes, protections de surintensité et différentielles pour les transformateurs, protections de barre, de courtcircuit et différentielle pour les jeux de barre, protection de court-circuit, de survitesse, de surtension, de déphasage pour les groupes de production.

Uniquement de technologie analogique et électromécanique (relayages) jusqu’au début des années 1970, ces équipements sont devenus numériques (à base de cartes électroniques puis de microprocesseurs) dans le courant des années 1970-1980 avant de devenir totalement numériques dans les années 2000. Maintenant, on parle de système de poste numérique avec raccordement des équipements de protection, automates et équipements de téléconduite sur des réseaux de type W-Lan dont le support est la fibre optique (nous sommes bien loin des raccordements fil à fil des années 1960-1970).


Les équipements de surveillance et de Conduite des Réseaux

De gardiennés, les nœuds des réseaux (postes électriques) sont ainsi devenus commandés à distance à partir de postes géographiquement importants concentrant les informations venant d’une dizaine de postes auxquels ils étaient reliés, par des voies de transmission de données redondantes sur deux types de supports (l’un étant à base de la technologie de Courant Porteur sur Ligne électrique (CPL)). Les transmissions de données se faisaient dans la bande supraphonique à faible vitesse selon des réseaux en étoile point à point.

Les premiers équipements de conduite à distance programmables à base de cartes électroniques (ou RTU (pour Remote Terminal Units) dans le jargon de l’élec-tricien) ont aussi été développés dans les années 1970 pour être installés tout d’abord dans les postes THT et HT des réseaux de transport à 400 et à 225kV.

Ces équipements installés dans les postes étaient reliés aux premiers concen-trateurs de type micro-ordinateurs de l’époque (PDP, CII, Nixdorf, HP) qui per-mettaient un affichage sur tableau synoptique et sur écran alphanumérique avec impression de listes d’alarmes ainsi que la retransmission vers les Dispatchings Régionaux et le Dispatching National pour affichage de mesures et d’alarmes ainsi que leur édition.

A cette époque, les ordinateurs installés dans ces centres de conduite dits Dispatchings étaient des ordinateurs de type «  main frames  » redondants installés dans des salles séparées (par raison de sécurité) souvent en sous-sol et reliés à des alimentations secourues par batteries et groupes électrogènes. C’étaient de véritables salles informatiques telles le centre de calcul de l’ENST dans les années 1970.

L’affichage se faisait sur d’immenses tableaux synoptiques à base de car-reaux en plastique de taille 5 cm sur 5 cm et les opérateurs disposaient d’un système téléphonique leur permettant d’être mis en relation directe avec les centrales électriques et les postes de regroupement du réseau pour passer leurs ordres (ouverture d’équipements, d’ouvrages et commande des groupes, augmentation, baisse de puissance, arrêt, mise en route de groupes).

Cette technologie développée dans le monde entier par les principaux constructeurs de l’époque (Sodeteg TAI en France, BBC, CGEE Alstom, Siemens, Harris, CDC) et recommandée par les ingénieurs conseils dont EDF International, Lahmeyer, Merz et Mac Lellan, s’est vu supplantée par le concept d’informatique répartie avec l’arrivée de stations de type SUN sous Unix dans le milieu des années 80 utilisant la notion d’architecture de type Client-Serveur puis par l’utilisation de PC de type industriel sous Microsoft Windows pro ou Linux dans le courant des années 90 - 2000.

Les systèmes de transmission et l’architecture des réseaux ont aussi évolu
é de façon importante en faisant de plus en plus appel aux technologies de réseaux professionnels de transmission de données d’abord de type Transpac. Maintenant les transmissions utilisent des protocoles de transmission normalisés qui utilisent des supports fournis par les opérateurs de téléphonie et par les « power utilities » elles-mêmes, la fibre optique installée dans les câbles de garde des lignes aériennes et le long des câbles.

Depuis les années 1970-1980, ces dispatchings électriques ont été développés avec des logiciels d’aide à la décision dits en temps réel permettant aux opérateurs du réseau, à partir des incidents, d’en déduire des actions correctives leur permettant de sauvegarder les réseaux en cas d’incident éliminés par les protections et automates locaux. Ces logiciels de calcul de courant de court-circuit, de répartition de charges, font appel à des modèles mathématiques sophistiqués transformant un SCADA en un EMS. Avec ces système, est aussi fourni un « Dispatching Training Simulator » (une simulation totale du réseau) destiné à entraîner les opérateurs à des situations extrêmes très rares en plus des situations normales.

Avant que le concept n’existe, il était donc certain que les réseaux de transport étaient déjà « Smart » au sens nouveau du terme utilisé maintenant pour les « Smart Grids » plus dédiés aux réseaux de distribution à moyenne et à basse tension.
 

Le « smart grid » maintenant et demain

Aujourd’hui, ce concept de « Smart-Grid » ou d’intelligence sur un réseau électrique se développe pour les réseaux de distribution à Moyenne tension et surtout à Basse tension jusque chez le client alors que le plus souvent la seule préoccupation de l’exploitant du réseau était de relever les compteurs afin d’établir périodiquement une facture.

Depuis le développement des énergies renouvelables, obligatoirement distribuées de par leur taille et le plus souvent raccordées aux réseau Moyenne tension, il a fallu, comme dans les systèmes insulaires, transformer le concept de ces réseaux qui ne fournissent pas uniquement de l’électricité mais qui, aussi, en reçoivent mais de nature fatale et donc aléatoire (le pire pour un électricien).

Le développement d’une intelligence répartie est donc devenu nécessaire, ceci en liaison avec des systèmes de comptage et de transmission ainsi que des outils de prédiction sophistiqués (tenant compte de données météorologiques entre autres) afin de prévoir la production mais aussi les appels aux réseaux Haute et Très Haute Tension de Transport quand la production à base d’énergie renouvelable vient soudainement à manquer.

Il faut aussi y ajouter des outils de prédiction des charges chez les clients car depuis le début des années 2000, en parallèle avec l’ouverture à la concurrence de la production et de la fourniture commerciale, le consommateur, l’abonné est devenu client et acteur de la maîtrise de sa consommation.

D’ou le développement de systèmes de comptages intelligents et surtout communicants permettant aux « Power Utilities » de mieux connaître le profil de consommation de leurs clients pour mieux maîtriser leurs approvisionnement et ainsi leur proposer des outils de régulation et de maitrise de leur consommation.

Dans certains pays, ces systèmes permettent au client de connaître en temps réel sa consommation et ainsi de réagir immédiatement avant que son opérateur ne le prévienne. Il faut regretter, en France, que le compteur LINKY développé par ERDF ne soit pas prévu avec un affichage déporté installable chez les clients qui le souhaiteraient (tout comme sont équivalent, GAZPAR développé par GRDF pour les réseaux de gaz). Heureusement, Direct Energie, nouvel opérateur électricien et gazier propose un outil (Tribu) via Internet à ses clients ayant ce nouveau compteur de gérer directement leur consommation.

Du comptage intelligent rendant la maison, l’appartement intelligent, on en arrive à la notion de quartier intelligent (avec agrégation des intelligences individuelles) puis à la notion de ville intelligente en y ajoutant la gestion des transports individuels et collectifs, des réseaux de chaleur, de froid, d’éclairage, de sécurité.
 

« Big Brother » serait-il notre futur ?

Si le risque d’une intrusion dans la vie privée existe, il est certainement moindre que celui apporté par les systèmes de télécommunication et de partage des informations qui sont d’ores et déjà mondialisés et dont la maitrise nous échappe.

Il est déjà possible de connaître vos déplacements, vos habitudes d’achat, ensuite il sera possible de savoir ce que vous faites chez vous, où vous allez, comment vous vous déplacez, quand, avec qui… Ce qui soulève d’épineuses questions en matière de libertés individuelles.
 

Où seront les limites ?

Ce sera aux hommes et aux femmes de garder leur liberté d’action et leur pouvoir de décision.

Les mesures préconisées par les « Power Utilities » ne devront être qu’une incitation et non une obligation. Il faudra, à mon avis, que les prochaines générations (condamnées à vivre de plus en plus dans des Mégalopoles) prennent conscience de leur responsabilité individuelle au sein d’une prise de conscience collective (à ne surtout pas confondre avec « collectivisme »). 



L'auteur

Après un début de carrière au service du transport d’EDF (Rte depuis 2001) au département automatisation des réseaux puis comme consultant international pour les systèmes de Dispatchings, j’ai rejoint CGee Alstom en 1987 pour diriger l’équipe chargée de répondre aux appels d’offres de Dispatchings électriques à l’export puis être délégué commercial et directeur commercial de la filiale de Cegelec en Indonésie (Djakarta). J’ai ensuite rejoint le groupe Siemens en Allemagne en 1997 puis à Singapour pour développer l’activité de promotion des Dispatchings en Asie du Sud-est.Rentré en France en 2000, j’y ai occupé les fonction de Responsable grand Compte EDF, responsable de l’entité production d’énergie avant de devenir directeur des grands comptes « Power Utilities » et en charge de vente en France de centrales électriques cycle combiné à Gaz dont quatre unités ont été construites pour e.oN France et Poweo plus un projet en développement pour Direct energie en Bretagne. 

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