Réseaux électriques, Rés
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DOSSIER Mots clés : ransport et distribution d'énergie électrique Réseaux électriques, Réseaux de communication, Contrôlecommande. par Jean-Louis RICHARD GfC-/\om Les réseaux bution avec de transport d'énergie les techniques de communication. réalité et de distri- électrique ont évolué d'automatisation Ils recouvrent plus complexe qu'il et une n'y paraît. Lesréseaux d'énergie ont une structurecomposée de noeuds d'entrée, de noeuds de sortie et de noeuds intermédiaires et constituent un ensemble distribué. Certains contrôlessont répartis, d'autres centraliséset le réseau se double d'un réseau de communication. L'introduction de composants électroniques dans les appareillages a permis une plus grande sou- INTRODUCTION Le titre général de Transport et Distribution recouvre sous une définition simple - transporter et distribuer l'énergie électrique - une réalité plus complexe qu'il n'y paraît tant les solutions mises en oeuvreet l'organisation peuvent varier d'un continent à l'autre et d'un pays à l'autre. On n'abordera pas ici la description complète d'un sujet qui remplirait une bibliothèque entière mais on s'attachera à une observation macroscopiquesous l'angle de la communication dont l'importance pour l'évolution n'échappeplus à personne. Même en se limitant à ce seul aspect, il est difficile de traiter de manière simple un sujet aussi vaste. Proposons néanmoins un fil conducteur en rappelant brièvement ce qui caractériseles réseaux d'énergie puis en identifiant les tendancesfortes dans l'évolution tant des techniques que des modes d'exploitation des installations. Nous en définirons alors les besoins ou plutôt l'évolution de ces besoins en termesde communication. CARACTÉRISTIQUES D'ÉNERGIE DES RÉSEAUX Structure et organisation Une définition simple des réseauxde transport et de distribution d'énergie peut être fournie par le schéma de la figure 1 : Ce schémagénérique montre une structure composéede noeudsd'entrée (sources),noeudsde sortie et noeudsintermédiaires, les liens entre noeuds matérialisant les flux d'énergie véhiculés par les lignes ou câbles. plesse, une commandeet une surveillanceaméliorées et les nouvelles techniques d'automatisation ont remis en cause les modes d'exploitation traditionnels. Le mouvement de déréglementation actuel et les évolutions dans la stratégie des exploitants entraînent de nouveauxbesoinsen matière de fonctionnement du réseau, de performance, de sûreté et surtout de communications.Lesréseaux de terrain devraient être d'une aide précieuse. Power systemsare made up of input nodes, output nodes and intermediary nodes, forming a distributed network. Somecontrol functionsare distributed while others are centralized, and the power line network itself is shadowed by an accompanying communicationnetwork. The increasing use of electronic components in power system devices brings greater flexibility, plus substantial improvements in control and monitoring functions. And new automation techniques are bringing major change to traditional operating methods. The current trend toward deregulation, coupled with a general shift in operator strategies,is generating new requirements for power system functions, covering operation, performance, safety and -above a ! ! - communications.Field networks will undoubtedly be of precious aid in meeting these requirements. Transport et distribution d'énergie électrique TRANSPORT j ------ 1. Ré,eai (x (I'éiiergie. S'agissant du transport, les noeuds d'entrée sont les centrales de production, les noeuds de sortie sont les points de livraison à la distribution, les noeuds intermédiaires étant constitués par les postes de répartition. Dans le cas de la La Figure 1 représente un réseau de transport lié à plusieurs réseaux de distribution, ce qui ne reflète pas totalement la réalité du terrain où suivant le cas, on peut trouver un réseau unique de transport géré de façon monopolis- distribution, les noeuds d'entrée sont les points de livraison du transport, les noeuds de sortie sont les points de livraison aux consommateurs, les postes de transformation ou de tique (en France, par exemple) ou de multiples répartition constituant les noeuds intermédiaires. On peut compléter la définition en ajoutant qu'il s'agit d'un ensemble nécessairement distribué et, du fait de multiples. Le débat actuel autour du thème de la déréglementation ne fait qu'illustrer cette réalité. l'impossibilité de stocker les llux d'énergie, en recherche permanente d'équilibre dynamique vis-à-vis de plusieurs critères liés (ftux d'énergie, niveaux de tension, fréquence). Cette définition générale qui permet de distinguer l'acheminement de l'énergie (le transport) de sa fourniture aux utilisateurs (la distribution) ne met pas une frontière étanche entre les deux réseaux et ce pour des raisons qui tiennent : - aux particularité locales (étendue et géographie du pays, répartition des sources de production et des points de consommation,...) - aux choix technologiques (niveaux de tension, maillage, plans de protection,...) - à l'organisation de l'exploitation réseaux exploités par des régies privées (USA, par exemple). De même, les réseaux de distribution peuvent être uniques ou De plus, les différents réseaux de transport ou de distribution ne sont pas étanches entre eux, les transferts de flux d'interconnexion étant depuis longtemps une nécessité incontournable au moins au niveau d'un continent géographique. Le schéma illustre également le fait que même si les éléments qui composent les réseaux de transport et de distribution et les contraintes de performances ou de coût ne sont pas identiques, la structure de ces réseaux fait apparaître des besoins semblables en termes de communication. Il faut aussi mentionner le besoin de communication à l'intérieur même des noeuds (postes) qui sont eux aussi des sous-ensembles répartis. et de la gestion (monopole, régie privée,...) Ainsi la séparation, très nette dans certains pays où le transfert entre transport et distribution s'accompagne d'opérations de facturation, peut ne pas exister du tout dans d'autres où la géographie ne justifie pas la distinction entre les deux. Cependant, vues sous l'angle de la communication, les deux conceptions sont sensiblement voisines. Le niveau de tension n'est pas, par ailleurs, un critère de Exploitation des réseaux La structure même des réseaux telle qu'elle est schématisée ci-dessus montre de façon évidente que : - l'exploitation de ces réseaux nécessite la connaissance d'informations en provenance (réparti) : - cette exploitation d'un ensemble distribué requiert des points de commande et de contrôle répartis mais exige en revanche la centralisation de certaines décisions nécessaires à l'obtention et au distinction absolu. La haute tension de certains est considérée comme moyenne tension par d'autres, les termes " haute " et " moyenne " n'ayant d'ailleurs pas de réelle maintien de l'équilibre dynamique du réseau ; - les structures responsables de l'exploitation justification normative même s'ils sont employés dans le langage c c courant. rents réseaux ne peuvent être disjointes à cause de l'interaction des réseaux entre eux. des diffé- LES RÉSEAUX DE COMMUNICATION L'exploitation des réseaux est aussi tributaire du fait DANS L'ÉNERGIE, L'INDUSTRIE ET LE BÂTIMENT l'information similaires à ceux des grands réseaux informa- qu'une grande partie des noeuds est gérée à distance sans présence permanente de personnel d'exploitation. On voit donc bien la nécessité d'une structure d'exploitation hiérarchisée, basée sur des noeuds de conduite centralisée (à plusieurs niveaux) capables de piloter à distance (télé- tiques. A l'intérieur des noeuds, donc sur de faibles distances, les besoins de communication sont du type réseau local avec des exigences de sécurité et de rapidité élevées mais une moindre complexité dans le routage. conduite) des noeuds disposant d'organes de conduite sus- On peut observer que jusque dans un passé récent, le terme de réseau de communication recouvrait des mises en oeuvre de technologies très diverses, lignes téléphoniques, ceptibles de fonctionner de manière autonome ou asservie. Une telle structure, simple à définir dans un cadre monopolistique tel qu'on le trouve en France par exemple, est plus délicate à concevoir lorsque les responsablités de conduite et de gestion sont réparties entre des régies privées ou semi-privées ou débordent des limites territoriales d'un pays. Il est compréhensible, de ce fait, que les choix d'organisation et d'exploitation des réseaux diffèrent suivant les particularités locales : monopoles publics (France, Italie,...), structure mixte privé-public (Royaume-Uni, Allemagne), régies privées pour le transport et la distribution transport et distribution confondus (Suisse etc.). Communication (USA), et réseaux d'énergie Dans tous les cas de figure et quelle que soit l'organisation de leur exploitation, les réseaux d'énergie sont par nécessité doublés de réseaux de communication qui peuvent utiliser la même topologie -voire les mêmes supportsou un maillage distinct mais qui dans tous les cas présentent le même degré de répartition et du fait des redondances exigées pour la sûreté, un degré de complexité lignes spécialisées, liaisons herztiennes transmission manuelle des informations. et parfois une Il faut aussi mentionner les besoins de synchronisation (temps) qui exigent des performances particulières peu compatibles jusqu'à présent avec celles offertes par les transmissions numériques. Noeuds du réseau de transport Les postes de transport sont eux-mêmes des sousensembles répartis où les communications sont nécessaires entre travées (tranches) et éléments centraux. Les besoins de communications sont clairement identifiés à ce niveau et sont pris en compte par les systèmes de conduite et de supervision de poste (SCS) avec des options technologiques diverses : réseau de poste en étoile, bus ou anneau, réseau de travée, réseau de capteurs et actionneurs, liaisons point à point, liaisons électriques, liaisons hertziennes. Dans la représentation de la figure 3, le terme réseau signifie : " ensemble des liens de communication " sans préjuger des choix technologiques. Nota : le schéma de la figure 3 omet, pour des raisons de supérieur. Réseaux de transport Les réseaux de transport sont par nature des réseaux à la simplicité, de représenter des liaisons horizontales entre postes (téléprotections par exemple) qui ne passent pas nécessairement par le système central du poste. topologie complexe due à l'éloignement et à la multiplicité des noeuds de production et des noeuds de transfert vers la distribution, à l'interconnexion avec les réseaux étrangers au pays ou à la région ; ils s'étendent sur des zones souvent très vastes. La conduite et l'exploitation de ces réseaux ainsi que le niveau de sécurité exigé, eu égard aux conséquences d'une défaillance à ce stade, requièrent des techniques de communication entre noeuds dotées de mécanismes de routage et des dispositifs de protection de Réseaux de distribution Les réseaux de distribution sont multiples et divers tant par leur structure que par leur finalité. On distingue par exemple les réseaux de distribution primaire (réseaux moyenne tension au départ des ou entre les postes sources) des réseaux de distribution secondaire - moyenne et basse tension - ou encore des réseaux privés internes à un site d'abonné. 1 RESEAU système central ntertace homme-m interface homme-machine réseau deposte de poste i travée travée travée réseau deposte - - fluxdénergie ......... nx x ar,rormatio d'information 2. Réseaax cl'énergie et réseaux cle comrnuuicatiou. " f, REE 30' 1 réseaudetravée capteurs, actionneurs,.... ! 3. A rchitectbii-e dt (iioetid du réseaii (trajisport). Transport i systèmecentra ! interfacehomme-machhe et distribution d'énergie niques que par les modifications l'exploitation électrique majeures observées dans et la cgestion économique des réseaux d'éner- gie. C'est cette évolution décrire maintenant. que nous nous attacherons à réseau de poste n-cellule ÉVOLUTION cellule cellule réseau decellule DES TECHNIQUES Évolution de l'appareillage primaire équipement primaire L'appareillage I dit " primaire " assurant le transfert de l'énergie, la coupure et les adaptations de tension, s'il a considérablement progressé dans un passé récent et s'il continue à évoluer, ne subit pas, sauf cas particuliers, 4. Architectiii-e (les iioeticls de disti-ibi (tioii. de transformations radicales : les principes de fonctionnement La topologie de ces réseaux et leurs conditions d'exploitation sont beaucoup plus diversifiées que celles du transport, ce qui accroît la complexité des communications. En revanche, les zones couvertes sont plus restreintes et les niveaux d'interconnexion moins contraignants. A l'intérieur des noeuds primaires (postes sources), on restent globalement les mêmes et les progrès actuels ou prévisibles à moyen terme concernent davantage l'amélioration des performances (réduction de volume, amélioration du comportement vitesses d'exécution, mécanique, augmentation des progrès dans l'isolement etc.). D'une manière générale, le progrès vise à réduire de plus en plus que pour le la marge existant entre la capacité intrinsèque de l'appa- transport. Le cas des noeuds secondaires ou terminaux est en reillage et celle utilisée réellement dans le respect des exi- général différent en raison de la simplicité de leur structure. Comme pour Je transport, mais avec des choix technolo- gences de sûreté. Le véritable changement trouve les mêmes besoins de communication giques encore plus diversifiés, le qualificatif de réseau de communication recouvre des mises en oeuvre très diverses, voire hétéroclites. concerne du réseau de distribution sont constitués et la surveillance des très importantes mais aussi des exigences nou- velles et des problèmes inconnus auparavant. Les postes sources ou les postes de distribution intermédiaires importants au niveau de l'appareillage la commande organes de puissance où l'introduction de l'électronique et de la micro-informatique laisse apparaître des perspectives d'évolution Noeuds primaires en fait Il est clair, par exemple, que l'introduction de compo- de la même manière sants électroniques dans un ensemble essentiellement élec- (figure 4) que les postes de transport mais avec une notion tro-mécanique ou électromagnétique, amène : - de l'intelligence, donc une capacité de traitement de particulière de baie (cellule) beaucoup plus intégrée. De ce fait, le besoin essentiel de communication se situe entre les cellules et le système central. Les communications internes l'information ; - une souplesse plus grande dans la mise en oeuvre ; à la cellule sont assimilables à des liaisons internes à un - des problèmes de réglage et de paramétrage ; équipement, ce qui ne supprime pas complètement le problème mais en change la nature. - des problèmes de maintenance (l'électronique Expression des besoins de communication On peut résumer l'exposé des besoins de communications dans les réseaux d'énergie par le tableau de la figu- entretien plus contraignant tiques passifs). Ces changements exige un que des composants magné- exigent une approche différente au re 5 qui par un bref rappel des caractéristiques élémentaires plan de l'architecture des équipements, de la sûreté de fonctionnement et de la maintenance. L'émergence des des réseaux d'énergie IED (Intelligent électrique illustre clairement la nécessité de disposer, à tous les niveaux, de moyens de communication adaptés à des contraintes qui peuvent Electronic Devices) liée à une plus grande répartition de l'intelligence, augmente le volume d'information disponible aux différents niveaux et accroît le prendre des formes diverses et posent souvent des problèmes délicats à résoudre en termes de capacité de trans- besoin de communication. fert et de vitesse de transmission sans oublier les exigences de sûreté très fortes à tous les niveaux. par l'apparition et l'émergence de capteurs non conventionnels, parfois dotés d'une certaine intelligence et d'une Couvert dans le passé et aujourd'hui encore par l'utilisation de techniques très diverses allant de la liaison élec- capteurs nouveaux trique analogique au grand réseau informatique en passant par le Minitel et les transmissions hertziennes, ce besoin de communication évolue, tant du fait du progrès des tech- Un facteur important d'évolution capacité de mémorisation est constitué également de l'information. peuvent modifier A terme, ces singulièrement les concepts d'architecture en faisant " glisser " vers le bas les traitements d'information et en accentuant le caractère réparti des systèmes de commande et de supervision. LES RÉSEAUX DE COMMUNICATION Réseau d'énergie transport noeuds du réseau de transport (postes) DANS L'ÉNERGIE, L'INDUSTRIE besoins de coiiiiiiiiiiicatioii jonctions assurées et caractéristiques ET LE BÂTIMENT type de communication utilisé ou souhaité longues distances réseaux informatiques rapidité moyenne et élevée dans certains cas (WAN, LAN) protection des équipements protection des personnes volume important d'informations lignes spécialisées lignes téléphoniques sécurité liaisons hertziennes synchronisation liaisons par satellites répartition des flux contrôle des flux réseau inter baies réseaux locaux réseau de baie réseaux de terrain comptage réseau de capteurs liaisons électriques protection des équipements rapidité élevée sécurité très élevée (TOR, analogiques) c transfert de l'énergie c stabilité électrique protection des personnes maintenance synchronisation transfert de l'éner-ie c distances moyennes réseaux locaux stabilité électrique forte dispersion (topologie) liaisons hertziennes protection des équipements protection des personnes rapidité élevée sécurité lignes spécialisées c lignes téléphoniques comptage synchronisation réseau de poste réseaux de terrain distribution (postes répartition des flux contrôle des flux réseau de baie réseaux de capteurs sources) protection des équipements réseau de capteurs liaisons électriques (TOR, protection des personnes analogiques) c comptage c rapidité élevée sécurité élevée transfert de l'énergie c éléments de faible capacité réseauxlocaux secondaire (en aval protection des équipements réseaux de terrain des postes sources) protection des personnes très cgrande dispersion volume d'information unitaire faible lines c téléphoniques courant porteur distribution primaire ii (etid du réseau de synchronisation distribution réseaux de capteurs rapidité moyenne sécurité moyenne noeuds terminaux contrôle des flux liaisons courtes (communication protection des équipements peu d'information interne) protection des personnes rapidité moyenne sécurité moyenne c comptage liaisons herztiennes liaisons électriques 5. Besoins de communication dans les réseaux d'énergie électrique. Au niveau des postes, le décalage que l'on Évolution des techniques d'automatisation Les techniques d'automatisation utilisées pour la com- observer entre les systèmes de contrôle-commande pouvait dédiés, mande et la surveillance des réseaux d'énergie entraînent le plus souvent propriétaires, de la même manière d'exploitation et de gestion de ces réseaux. Le passage inéluctable des techniques conventionnelles encore largement spécifiques, relativement peu flexibles et les systèmes Qénéraux largement répandus dans le contrôle industriel est en train de se réduire même si les obstacles restent encore utilisées aujourd'hui, ne serait-ce que du fait de l'existence nombreux. L'utilisation d'un parc important exigeant des investissements lourds rables et paramétrables, utilisant des composants standards pour son renouvellement, à des techniques numériques, ne trouvera son plein épanouissement que par une modifica- (PC ou stations de travail, progiciels de supervision etc.) tion des architectures de contrôle-commande répond de mieux en mieux aux exigences de réduction des coûts de mise en oeuvre et d'exploitation, de normalisation une remise en cause des modes fit les possibilités d'intégration des fonctions, de réduction du câblage et de répartition de l'intelligence. - -- IZEE REE 32 32'1@.'i 11) 1) ( mettant à pro- identiques ou similaires basés sur des composants de systèmes génériques configu- à ceux employés dans l'industrie des produits et des interfaces de communication. Les équi- Transport pements spécifiques au domaine ne disparaîtront pas mais seront réservés à la satisfaction des contraintes réelles de ce domaine. Évolution des techniques de communication Les techniques de communication ont considérablement progressé avec le développement des réseaux locaux, des réseaux dits " de terrain " (réseaux orientés capteursactionneurs) et la généralisation des liaisons de toutes natures utilisant les réseaux publics. Le niveau de flexibilité offert naturellement par ces réseaux, l'accroissement des performances (débits, fiabilité, disponibilité, inununité aux perturbations) et l'abaissement constant des coûts de connexion assurent de manière incontournable leur suprématie vis-à-vis des techniques conventionnelles de transmission de l'information. Le facteur-clé de l'évolution demeure toutefois la normalisation des interfaces et des et distribution d'énergie électrique développement des produits et gardaient sous leur responsabilité la seule mission d'exploiter le réseau. Le resserrement du marché, les réductions de budget liées aux facteurs économiques et le développement de la concurrence ainsi que les offensives observées au plan de la déréglementation sont en train de modifier quelque peu cette situation en transférant une partie des tâches d'ingénierie vers les constructeurs auxquels on demande de plus en plus souvent d'allier à leur capacité technique en matière de conception et de fabrication de produits, une compétence et une expertise dans la conception de solutions globales intégrant la connaissance de l'exploitation des réseaux d'énergie. Les conséquences de cette évolution sont nombreuses. Citons-en une particulièrement sensible au plan de la communication qui est la diminution du rôle fédérateur joué techniques de transmission où des progrès importants sont attendus et espérés dans le futur. Il ne faut pas oublier de signaler également, au-delà des slogans publicitaires, le par les grands exploitants qui conduit à un accroissement du nombre d'acteurs influcnts sur le terrain et à un risque formidable atout des télécommunications qui en matière de conduite à distance, de télédiagnostic ou télémaintenance d'exploitation. Cette situation engendre des besoins nouveaux en matière de communication, en particulier au plan permettent d'envisager une quasi-révolution tation des réseaux d'énergie. de la normalisation. dans l'exploi- de dispersion des solutions techniques ainsi que des modes Évolution des compétences et des ressources ÉVOLUTION DANS L'EXPLOITATION ET LA GESTION Parallèlement à l'évolution des techniques, d'autres facteurs entraînent une remise en cause des situations établies et une modification dans l'approche des problèmes de gestion de l'énergie (électrique). Ces facteurs sont d'origine socio-économique et pèsent de plus en plus dans la définition des stratégies d'évolution du secteur électrique. Citons-en deux principaux : l'organisation et les stratégies des sociétés responsables de la gestion de l'énergie ( « utilities » ou régies) d'une part, l'évolution des compétences et des ressources au sein de ces sociétés d'autre part. La situation qui prévalait jusqu'à ces dernières années distinguait deux approches différentes : d'une part, les monopoles importantes en ce qui concerne les ressources et les compétences dont ils disposent. cela étant plus sensible dans le privé que dans les structures publiques ou semi-publiques. Diminution des effectifs, abaissement des compétences font que, de plus en plus, et c'est particulièrement sensible dans certaines parties du monde (USA par exemple), les exploitants se tournent vers les constructeurs pour pallier leurs insuffisances et attendent de ces mêmes constructeurs des solutions techniques leur permettant de réduire les coûts de mise en oeuvre et d'exploitation. demande croissante de fonctions Un exemple type est la de surveillance d'état ou établissements ger la durée de vie des équipements primaires tout en réduisant les effectifs dédiés à la maintenance. Là encore, le résultat est un besoin croissant de commu- semi-publics qui prenaient en charge l'ingéniérie des réseaux tant au niveau des équipements de puissance nication avec un impératif majeur de normalisation (conception des postes, par exemple) que pour les systèmes de commande (la partie " courants faibles "). Les fiabilité et de sécurité toujours améliorées. spécifications souvent très précises de ces exploitants constituaient pour les constructeurs un cadre de développement des produits à la fois contraignant et sécurisant qui laissait en fin de compte peu de place à la dispersion et assurait une grande homogénéité technique au prix parfois d'une certaine lourdeur. A l'inverse, d'état (condition monitoring) dont l'objectif premier est de prolon- Évolution des exploitants grands exploitants, Les changements d'orientations stratégiques évoqués plus haut entraînent au sein des exploitants des modifications d'autres situations se présentaient où les exploitants (privés en général) confiaient aux constructeurs l'ensemble des tâches d'ingéniérie en même temps que le assurer une exploitation pour à distance dans des conditions de EVOLUTION DES BESOINS Les quelques considérations qui précèdent montrent une nette évolution des besoins qui s'accentue de plus en plus et qui conduit les constructeurs comme les exploitants à une réflexion approfondie sur les stratégies de développement des produits et systèmes autant que sur l'organisation du transport et de la distribution de l'énergie. Tentons ici de préciser cette évolution à partir de quelques points clés. LES RÉSEAUX DE COMMUNICATION DANS L'ÉNERGIE, L'INDUSTRIE ET LE BÂTIMENT On voit bien l'importance de ce dernier type de fonctions Évolution des besoins fonctionnels tion des fonctions premières des réseaux d'énergie : trans- qui a pour but de préserver et prolonger la vie des équipements et qui, à terme, conduit (via le rebouclage sur les porter et distribuer l'énergie électrique dans le respect des contraintes de qualité (stabilité de la tension, de la fréquen- automatisé de l'installation Les besoins fonctionnels restent toujours liés à l'exécu- ce, maintien de l'équilibre de la charge), assurer la protection des personnes et des équipements, gérer les demandes d'évolution en termes de puissance et de charge disponible. Toutefois ces besoins fonctionnels évoluent non pas dans leur finalité mais dans leurs modalités d'éxécution : - meilleure réactivité du réseau aux perturbations ; - réduction des coûts d'exploitation - réduction du coût d'acheminement de l'énergie (réduc- fonctions complètement (maintenance prédictive). Le schéma montre tout aussi clairement que la réalisa- tion de ces fonctions ne peut être que modulaire et qu'elle requiert des moyens de communication performants et fiables à l'intérieur du système comme dans ses relations avec l'extérieur. et de maintenance. tion des pertes) ; de base) à un fonctionnement Performances Les performances attachées à l'exécution des fonctions sont elles aussi sujettes à une demande d'amélioration et cette évolution passe par une augmentation sensible du volume d'information traité à la fois parce que davantage de paramètres sont pris en compte et de plus en plus à distance et aussi parce que le besoin d'information est d'autant plus grand que les centres de conduite sont éloignés des noeuds élémentaires et que les opérateurs sont de moins en moins nombreux. En fait, on assiste à l'émergence de fonctions permettant un comportement plus sécurisant des installations et que constante, qu'il s'agisse des temps de réaction de l'équipement primaire, des temps de remontée d'information ou de transfert des ordres de manoeuvre ou des capacités de diagnostic automatique. Cette exigence traduit un mouvement où le transfert vers le bas de l'intelligence (systèmes répartis) s'accompagne d'une migration vers le haut des centres de décision et du personnel d'exploitation. Il est clair que ce double mouvement n'est rendu possiblc que par la mise l'on peut illustrer par le schéma de la figure 6 : en oeuvre de moyens de communication Trois types de fonctions apparaissent dans ce schéma : - les fonctions de base que doit assurer un système dit puissants. " parfait" c'est-à-dire sans défaut : - les fonctions d'auto-surveittance de plus en plus Sûreté Parmi les exigences de performances, il en est une qui c destinées à pallier les défauts du système ; - les fonctions de surveillance d'état (condition monito- prend une place de plus en plus importante et ce pour des raisons qu'il est inutile de préciser, c'est celle de sûreté de ring) qui permettent de détecter et pallier les défauts de fonctionnement qui se décline en termes de disponibilité, l'équipement primaire. fiabilité, maintenabilité et sécurité. ordres de manoeuvre IP fonctions fonctions opérateur- de base d'acquisition - communication systèmes fonctionsde opérateur .systèmes externes fonctions d'a LÈo-surveil lance externes .. procédé -procédé fonctionsde surveillanced'état (condition monitoring) ; : 6. Modèlefollctiollnel d'ull système de commande. ' :'.REE il 9 (, 34 cNI 11) Transport ÉVOLUTION Disponibilité L'exigence et distribution en matière de disponibilité tallations s'accroît naturellement globale des ins- et implique électrique DES MOYENS DE COMMUNICATION la mise en oeuvre d'architectures permettant d'assurer la continuité du service même en cas de défaillance d'un élément. Le résultat est une augmentation du volume d'information traité et donc des moyens de communication. En termes de communication, l'évolution des besoins tient compte de plusieurs facteurs essentiels qu'il faut rappeler ici : Effets de la distribution des systèmes La distribution Fiabilité La fiabilité des équipements s'accroît avec l'introduction de l'électronique d'énergie dont les taux intrinsèques de défaillances ne sont pas nécessairement supérieurs à ceux des équipements statiques mais qui, par le jeu des redondances, permettent une meilleure tolérance aux pannes et en fin de compte assurent des performances supérieures. Ces redondances accroissent le besoin de communication (té) édia- des systèmes a pour effet de multiplier les noeuds dotés d'une intelligence et d'une capacité de traitement et de mémorisation. Effets de la numérisation des systèmes La numérisation des systèmes de commandes jusque et y compris au sein des équipements de puissance (capteurs non conventionnels, traitement numérique du signal, par exemple) a pour conséquence directe une distribution gnostic). Maintenobilité L'amélioration de la maintenabilité des équipements passe par une meilleure accessibilité (remplacement des organes douteux ou défectueux), une plus grande capacité de diagnostic (sur site et à distance) et, au delà, la mise en plesse d'utilisation en est considérablement accrue mais aussi le risque de dispersion augmente sérieusement, rendant plus que jamais nécessaire une normalisation Évolution dans la ment la maintenance préventive par une maintenance pré- de données dictive basée sur l'interprétation des diagnostics. des exigences de sécurité est liée à totale ou partielle de l'exploitation reflux du personnel de surveillance gestion des bases La gestion des bases de données se trouve ainsi profondément modifiée Sécurité l'automatisation des interfaces de communication. oeuvre de dispositifs permettant de remplacer progressive- L'accroissement des capacités de traitement et de mémorisation mais aussi un transfert des fonctions du matériel vers le logiciel. La sou- et au vers les centres de décisions. Là encore, on voit bien les conséquences en l'ensemble car la distribution de ces bases sur du réseau et la centralisation inéluctable des points d'intervention humaine (téléconduite) exige des moyens de communication fiables et puissants pour : - disposer de l'information nécessaire à la conduite (téléconduite centralisée) ; termes de communication. - modifier à distance les réglages et paramètres (gestion Flexibilité des configurations), La coexistence d'installations conventionnelles et de nouveaux concepts ainsi que Je développement continu et progressif des réseaux d'énergie exigent de la part des - modifier la topologie reconfiguration). Ce mouvement du réseau d'énergie (extensions, vers une gestion de bases de données équipements comme des systèmes de commande une flexibilité de plus en plus grande permettant de résoudre les réparties problèmes de compatibilité peuvent poser dans l'avenir des problèmes sérieux. L'exemple type est celui du réglage d'un appareil (disons, un relais de protection) qui pouvait être effectué in situ par et de croissance. Interopérabilité Les besoins d'interopérabilité sont une exigence majeure des utilisateurs et vont croissant du fait de l'évolution facteurs socio-économiques des cités plus haut. Le besoin d'indépendance vis-à-vis des constructeurs et le souci de conserver la maîtrise de l'exploitation des réseaux sont des engendre ou modifie implicites ou sans réelle difficulté des fonctions jusqu'ici de mise en oeuvre et qui un simple commutateur en face avant et qui se trouve remplacé par une valeur dans la mémoire de cet appareil, le réglage se faisant à distance. On passe de ce fait d'une mémoire mécanique à une mémorisation électronique et la exigences majeures qui ne se traduisent pas obligatoire- question nouvelle qui apparaît est de savoir qui gère cette mémorisation et comment on la gère. On voit donc bien ment par une demande d'interchangeabilité comment cette évolution conduit à plus d'information totale (quelque peu utopique, il est vrai) mais plutôt par des capacités d'interconnexion et de communication conformes à une normalisation que beaucoup espèrent même si elle va à l'encontre des intérêts immédiats des constructeurs mais dont la mise en oeuvre est quelque peu délicate. et davantage de communication. Effets de l'évolution de la maintenance Le passage c prévisible à terme d'une maintenance préventive nécessitant une intervention humaine sur le site à 1 LES RÉSEAUX DE COMMUNICATION une télémaintenance prédictive effectuée depuis un noeud central ne peut se concevoir sans l'utilisation de moyens de communications sûrs et performants. Effets de l'évolution conséquence, la diminution des compétences de l'exploitant qui demande alors au système électronique ou numérique de lui fournir les éléments d'aide à la conduite sous une forme de plus en plus synthétique et claire. Effets de la déréglementation Il faut enfin mentionner les effets plus ou moins pervers de la déréglementation qui, augmentant le nombre d'acteurs, renforce encore le besoin de normalisation des modes de communication dans un environnement de plus en plus hétérogène. c DU FUTUR L'exposé qui précède permet d'entrevoir ce que deviendront les réseaux de transport et de distribution d'énergie, dans un futur qui n'est sans doute pas très éloigné. Tentons, pour conclure, de mettre en évidence contours essentiels de ces réseaux du futur. Exploitation et maintenance Le futur des postes (noeuds) sera fait en grande partie de sous-ensembles ( " boîtes ") normalisés, donc facilement de l'exploitation Les stratégies d'exploitation changent avec la diminution des effectifs, le resserrement des budgets et par voie de LES RÉSEAUX DANS L'ÉNERGIE, L'INDUSTRIE ET LE BÂTIMENT les Équipement primaire et équipement secondaire Relative stabilité des équipements primaires (amélioration des performances mais pas de révolution prévisible à moyen terme), émergence des techniques non conventionnelles (capteurs non conventionnels, IED, systèmes numériques). Systèmes dormants et actifs L'apparition de fonctions nouvelles ou l'évolution des fonctions classiques (téléconduite, maintenance prédictive interchangeables, nécessitant moins de connexions électriques (moins de fils), capables de se surveiller euxmêmes et de surveiller les autres sous-ensembles. Les modes d'exploitation en seront alors profondément modifiés de même que la maintenance. Modularité dans des sous-ensembles aujourd'hui distincts. Importance des réseaux de communication Mais le facteur le plus important est sans doute la prépondérence des réseaux de communications et ce à tous les niveaux, qu'il s'agisse de dispatching central, de poste de distribution ou encore de la gestion des compteurs d'abonnés domestiques. Les réseaux relient des sous-ensembles de plus en plus standardisés et interchangeables. Du fait de la distribution de l'intelligence, le réseau de communication devient l'élément primordial de l'architecture car c'est lui qui principalement garantit le bon fonctionnement de l'installation. On passe ainsi d'une structure où l'information réside de manière permanente dans des équipements bien définis à une organisation où l'information s'échange en permanence entre ces équipements. Les noeuds intermédiaires se transforment alors en " moteurs d'inférence " permettant d'aller chercher l'information là où elle se trouve et la traiter avant de la transmettre là où elle est nécessaire offrant ainsi une étonnante similitude avec le comportement naturel des flux d'énergie électrique. etc.), le besoin croissant d'information de synthèse c'est-àdire globale et compréhensible par des exploitants de moins en moins spécialisés, l'automatisation de la conduite et de la gestion, tout cela traduit une évolution de systèmes que l'on peut qualifier de " dormants " (rien ne se passe en l'absence d'ordres de manoeuvre) vers des systèmes actifs en permanence puisque chargés de surveiller, tester et informer. et interopérablité Cela ne sera possible que par le biais d'une plus grande modularité associée à une meilleure interopérabilité même si l'on tient compte de l'intégration relative des fonctions k'Lk_ 3.;4°t: Jean Louis RICHARD, IngénieurENSEEIHTet Docteuressciences (Université deToulouse) a effectuétoutesacarrièredansle domaine desautomatismes de procédés industriels,notamment à la Compagnie Electromécanique, auxCiments Lafargeet entantque directeurtechnique de SDEL.Il appartientactuellementà la DirectionIndustrielle dela DivisionT&D de GEC-Atsthom ouil estchargé decoordonner lesactivitésdansJedomaine desautomatismes etdessystèmes.
