Brevet FR2479509A1 — publié le 19811002

La présente invention se rapporte à un système de traitement de données numériques dans lequel, en vu de protéger un système analogique, par exemple un sys- tème d'énergie électrique, divers paramètres, par exemple une intensité ou unetension, caractéristique du système sont échantillonnés à intervalles de temps donnés et transformés en données numériques qui sont appliquées, en vue de leur traitement à un dispositif de traitement numérique. Les résultats d'un tel traite- ment de données déterminent l'état du système et, en fonction de cet état ainsi déterminé, sont émis des signaux de commande destinés à protéger ce système. Dans un système de commande classique en service faisant appel à un dispositif de traitement numérique, il est prévu toute une série d'unités de détection comportant des transformateurs d'intensité (CT) ou du transformateur de tension (PT), ces unités de détection employant des données dans une unité centrale de traitement. La figure 1 est le schéma de principe d'un système classique de ce type, dans lequel des données fournies simultanément aux diverses unités de détection sont échantillonnées et transformées en données numériques et appliquées à ce dispositif de traitement numérique qui les traite. On décrira ci-après un cas précis d'application d'un tel système à un système d'énergie électrique. Sur la figure 1, les références 1 et 2 dési- gnent des unités de détection distinctes d'un système d'énergie électrique qui, par exemple, peut se trouver aux points d'installation de transformateurs d'intensité (CT) ou les transformateurs de tension (PT). Par exemple, si c'est l'intensité qui constitue le paramètre qu'il s'agit de détecter, les unités de détection 1 et 2 comportent des détecteurs lla et llb par exemple pour des transformateurs d'intensité (CT); des convertis- seurs analogiques-numériques 12a et 12b comportant des 2 2479509 filtres analogiques (AF) servant à échantillonner les signaux d'intensité analogiques émis par ces détec- teurs lia et llb à intervalles de temps réguliers pour les transformer en données numériques, des circuits (S/H) d'échantillonnage et de retenue et des convertis- seurs analogiques-numériques (A/D); des émetteurs 13a et 13b, des circuits de commande 14a et 14b servant à synchroniser les opérations d'échantillonnage des deux convertisseurs analogiquesnumériques lia et l2b; et des récepteurs 15a et l5b qui reçoivent des signaux d'horloge mère provenant d'une source extérieure et qui entrainent respectivement les circuits de commande i4a et 14b. Un circuit 18 de production de signaux d'hor- loge mère comprenant un oscillateur et un circuit diviseur de fréquences est installé en un endroit donné du système d'énergie électrique et il a pour rôle de fournir un signal d'horloge mère qui est appliqué à toutes les unités de détection en vue de synchroniser les opérations d'échantillonnage. Des émetteurs 17a et 17b ont pour rôle de transmettre les signaux de l'horloge mère. Le signal d'échantillonnage émis par le circuit 8 de production de signaux d'horloge mère est appliqué, respectivement par ces émetteurs 17a et 17b, aux unités de détection 1 et 2 dans lesquelles il est reçu respectivement par les récepteurs i5a et 15b puis appliqué respectivement au circuit de commande 14a et au circuit de commande 14b. Les détecteurs lia et llb ont pour rôle de détecter les paramètres choisis du système. Les paramè- tres analogiques détectés par ces détecteurs lia et llb sont appliqués aux convertisseurs analogiques-numériques 12a et 12b, dans lesquels ils sont échantillonnés en même temps que les signaux d'échantillonnage provenant des circuits de commande 14a et 14b puis transformés en données numériques qui sont transmises à un dispositif 19 3 2479509 de traitement numérique dans les lignes 20 par les émetteurs de données 13a et 13b. Les données numériques sont reçues par les dispositifs récepteurs 16a et 16b puis appliquées au dispositif 19 de traitement numérique en vue d'être traitées. Ainsi ce dispositif de traite- ment numérique reçoit et émet les valeurs échantillonnées en même temps dans les unités de détection 1 et 2. Le système que l'on vient de décrire présente les inconvénients suivants: du fait que le signal d'échantillonAage parvient aux points de détection du côté du dispositif de traitement numérique, l'ensemble de l'installation est nécessairement encombrant et, en outre le nombre des éléments constitutifs est extrême- ment grand de sorte que le fonctionnement du système est très peu sûr. La présenté invention, qui vise à remédier aux inconvénients que l'on vient de signaler, a pour objet un système de traitement de données numériques d'un type permettant de protéger un système analogique de grande dimension, par exemple une installation d'énergie électrique, dans lequel divers paramètres, par exemple l'intensité ou la tension, caractéristiques des états de fonctionnement du système sont échantillonnés dans une série d'unités de détection situées à une grande distance les une des autres, à l'aide de signaux d'hor- loge dans ces unités de détection qui sont asynchrones entre elles. Des convertisseurs analogiques-numériques installés dans chacune de ces unités de détection transforment un paramètre détecté en données numériques à une vitesse supérieure aux variations prévues en fonction du temps des paramètres détectés. Les données numériques fournies par chacune des unités de détection sont transmises à vitesse élevée vers une unité de traitement de données comprenant un dispositif de trai- tement de données comme par exemple un calculateur numérique. Les données fournies par les diverses unités 4 2479509 de détection sont simultanément échantillonnées et envoyées dans le dispositif de traitement numérique, par l'intermrédiaire d'une unité tampon comportant éventuellement une mémoire à accès aléatoire. Ce dispo- sitif de traitement traite ces données et les résultats servent à protéger le système analogique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation. Sur ces dessins, - la figure 1, déjà décrite, est le schéma de principe d'un système de traitement connus qui est, en gros, du même type que le système selon l'invention; - la figure 2 est le schéma de principe d'un système de traitement conforme à l'invention, appliqué à une installation d'énergie électrique; et - la figure 3 est un schéma de circuits de commande et d'horloge utilisé dans le système de trai- tement représenté sur la figure 2. On utilise un signal d'échantillonnage fourni par un générateur de temps 29a, et un signal représen- tant un paramètre émis par un détecteur 21a (dont la disposition est analogue à celle du détecteur lla décrit plus haut) est échantillonné par un convertisseur analogique-numérique 22a dans lequel il est transformé en données numériques. Ce convertisseur 22a joue, en gros, le même rôle que le convertisseur 12a de la figure 1 décrit plus haut, mais toutefois une plus grande vitesse de réponse est exigée du système selon l'invention représenté sur la figure 2. Le générateur de temps 29a (qui comporte une horloge 30a et un organe de commande 31a) de l'unité de détection 3 et le géné- rateur de temps 29b (qui comporte l'horloge 30b et l'organe de commande 31b) de l'unité de détection 4 2479509 fournissent des signaux d'échantillonnage ayant la même fréquence, mais il n'est pas indispensable que ces signaux d'échantillonnage soient synchrones. Il faut que la fréquence des signaux d'échantillonnage soit supérieure à la fréquence supposée de variations des paramètres des systèmes commandés. La différence entre les générateurs de temps 29a et 29b de la figure 2 et les circuits de commande 14a et 14b de la figure 1, réside dans le fait que chacun de ces générateurs de temps comporte son propre circuit d'horloge de production de signaux d'échantil- lonnage et son propre circuit diviseur de fréquences. De la sorte, chacun des générateurs de temps 29a et 29b joue de son côté le rôle du circuit 18 de production de signaux d'horloge mère représenté sur la figure 1. Les données numériques fournies par le conver- tissuer analogique-numérique 22a sont transmises, par l'intermédiaire d'une ligne 28, au dispositif 27 de traitement numérique (qui comporte une horloge 32 et un organe de commande 33). Les données ainsi transmises parviennent à un récepteur 24a puis sont appliquées à un circuit tampon 25a, dont le contenu a été remis à zéro en synchronisme avec la fréquence d'échantillonnage produite par le générateur de temps 29. Les données fournies par ce circuit tampon 25 sont réglées d'après un signal de fréquence fixe fn, a l'aide d'un signal fourni par un générateur 26 de signaux d'échantillonnage et ils sont chargés dans le dispositif de traitement numérique dans lequel ils sont traités. Les données provenant des unités de détection 3 et 4 sont synchro- nisées dans les circuits tampon 25a et 25b avant d'être envoyées dans le dispositif 27 de traitement numérique.- On décrira ci-après les erreurs de chargement de données provenant des unités de détection 3 et 4 par les circuits tampon 25a et 25b. On supposera que les données du système extraites par les détecteurs 21a et 21b sont représentées respectivement par les expressions suivantes: y3(t) = I3sin(w3t + 03) et y4(t) = I4sin (M4t + 84), et que les générateurs de temps 29a et 29b ont pour fréquence fm Il en résulte que les signaux émis par les convertisseurs analogiques-numériques 22a et 22b correspondent respectivement aux expressions: (t 23,e y3(t0), y3(t0 +) y3(t0 + - y3(t0 + ) et ml m 2m 3 y4(t'0), y4(t'0 +) y4(t'0 +), Y4(t0 + f), m m m expressions dans lesquelles, étant donné qu'il n'y a de synchronisation dans les convertisseurs 29a et 29b, la relation entre t0 et t'O est la suivante: ito - t 1 0 0 ' m Si la différence entre, d'une part, le temps T3 nécessaire pour transmettre les données du dispositif de transmission 23a jusqu'au récepteur 24a et, d'autre part, le temps T4 nécessaire pour transmettre les données du dispositif de transmission 23b au récepteur 24b, est plus petite que 1/fm, c'est-à-dire si l'on a: IT3 - T41 ne présente, en pratique, aucun inconvénient. 7 2479509 On a décrit ci-dessus le cas o l'échantillon- nage doit s'effectuer simultanément pour toute une série de paramètres. Mais, si l'on n'utilise qu'un seul paramètre, l'échantillonnage peut s'effectuer absolument de la même manière que dans le cas du système connu représenté sur la figure 1. Comme cela ressort de la comparaison entre le système connu et le système selon l'invention, on voit que, dans ce dernier, il est inutile de prévoir des récepteurs 15a et 15b de signaux d'échantillonnage et des émetteurs 17a et 17b, mais qu'il est nécessaire d'utiliser les circuits tampon 25a et 25b. Mais dans le cas o plusieurs points de données sont fournis simultanément par les unités de détection 3 et 4, chacun des circuits tampon 25a et 25b peut comporter une mémoire d'accès-aléatoire et un circuit de commande associé. Les dimensions et la capacité d'un tel dispo- sitif sont beaucoup plus faibles que celles des éléments a et 17a ou 15b et 17b de la figure 1. De plus, on peut se dispenser de cables servant au transfert de données. La figure 3 est un schéma de principe repré- sentant les circuits de commande et d'horloge utilisé dans la forme de réalisation correspondant à la figure 2. Dans cette installation, le circuit d'horloge 30 se compose d'un inverseur, la contre-réaction étant assurée par un cristal de réglage de fréquence. La disposition du circuit d'horloge est bien connue en soi et l'on peut utiliser à volonté d'autres circuits d'horloge bien connus en général dans la technique antérieure. Le circuit de commande 31 comprend quatre diviseurs de fréquence 29a à 29d et une bascule 30 à retard. Ces diviseurs de fréquence sont disposés en cascade. L'en- trée de la bascule 30 est accouplée à la sortie du divi- seur de fréquence 29d. 8 2479509 Il convient de remarquer que le circuit tel que représenté sur la figure 3 peut jouer le rôle aussi bien des circuits d'horloge et de commande 29a et 29b que du circuit d'horloge de commande 26. Pour ce dernier cas, les branchements sont indiqués sur la figure 3 en parathèse. Il convient de noter, en outre, que le modu- lateur et le démodulateur ne nécessitent pas en général de signal d'horloge et que, si l'on utilise le circuit représenté sur la figure 3, on peut se dispenser des signaux d'horloge qui y parviennent. Comme cela ressort de la description qui précède, le système de traitement de données numériques selon l'invention est un système du type à échantillon- nage asynchrone qui est exempt de l'inconvénient d'avoir à fournir les signaux d'échantillonnage de synchronisa- tion. 4. REVENDICATIONS 1. Système de traitement de données numériques dans lequel, en vue de protéger un système analogique tel qu'une installation d'énergie électrique, des para- mètres, par exemple une intensité ou une tension, caratéristiques du système sont échantillonnés à des intervalles de temps donnés et transformés en données numériques qui sont appliquées à un dispositif de trai- tement numérique, par exemple un calculateur numérique dans lequel lesdites données numériques sont traitées de manière à détecter les états du système et dans lequel les signaux de commande correspondant aux états ainsi détectés servent à protéger le système, caracté- risé par le fait que des paramètres, dans des unités de détection (3-, 4) situées loin les unes des autres, sont échantillonnés de façon asynchrone et soumis à une transformation analogique-numérique par les convertis- seurs analogiques-numériques (22a, 22b) de chacune desdites unités de détection (3, 4) qui fonctionnent à une fréquence supérieure aux variations en fonction du temps desdits paramètres dé ce système pour fournir des données numériques, lesdites données numériques étant transmises à des dispositifs de transmission donnés à vitesse élevée, à une unité de traitement de données comprenant un dispositif de traitement numérique, et par le fait que, dans ladite unité de traitement de données, lesdites données numériques provenant desdites unités de détection (3, 4) situées loin les unes des autres sont échantillonnées et envoyées simultanément dans ledit dispositif de traitement numérique de façon que ces données numériques ainsi entrées soient traitées selon les programmes choisis, grâce à quoi on peut se dispenser de moyens servant à envoyer des signaux d'échantillonnage de synchronisation dans lesdites unités de détection (3, 4). 2. Système selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que chacun desdits convertisseurs numériques (22a, 22b) de chacune desdites unités de détection (3, 4) est constitué par un circuit d'horloge de production de signaux d'échantillonnage et un circuit diviseur de fréquences servant à régler temporairement les opérations du convertisseur analogique-numérique correspondant. 3. Système selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite unité de traitement de données comprend une mémoire d'accès aléatoire destinée à recevoir les données transmises par lesdits dispositifs de transmission à vitesse élevée.