Brevet FR2680875A1 — publié le 19930305

PROCEDE POUR IDENTIFIER DES CHARGES CONSOMMATRICES D'ENERGIE ELECTRIQUE D'UN CIRCUIT SOUS SURVEILLANCE. La présente invention concerne un procédé pour identifier des charges consommatrices d'énergie électrique d'un circuit sous surveillance et pour déterminer l'énergie consommée par chacune de ces charges. Le but recherché par le procédé ci-dessus est d'analyser de manière très spécifique la consommation électrique des appareils chez un utilisateur en effectuant d'une manière "non invasive", c' est-à-dire sans être obligé d'installer chez cet utilisateur les nombreux capteurs, cornpteurs ou autres appareils de mesure habituellement requis, des mesures sur le courant et/ou la tension, et de classer les consommations par type ou nature. A titre d' exemple, un four électrique ou un fer à repasser ont une consommation purement résistive. Certaines charges dites réactives sont caractérisées par une impédance et/ou d'autres par une capacité, ce qui aboutit à un type de consommation électrique différente. Il est donc possible de classer les charges consommatrices d'énergie électrique selon leur nature, à savoir selon les valeurs de leur résistance, de leur impédance et de leur capacité. Diverses méthodes ont été testées pour permettre d'analyser de manière fine la répartition de la consommation électrique par nature des charges consommatrices. Néanmoins, elles n'ont, à ce jour, pas abouti à des solutions efficaces permettant de stocker les résultats en vue de leur exploitation, sans faire appel à des capacités de mémoire incompatibles avec un équipement installé chez le consommateur. La présente invention se propose de pallier les inconvénients de l'art antérieur en mettant à disposition un procédé simple et efficace qui peut être appliqué quel que soit le nombre de charges de natures différentes sur le circuit sous surveillance concerné. Ce but est atteint par le procédé selon l'invention caractérisé en ce que l'on effectue sur le courant électrique d'alimentation de ce circuit des mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance au cours du temps, en ce que l'on identifie les charges en déterminant la nature des variations d'impédance et en ce que l'on calcule l'énergie consommée pour chaque type de charge préalablement identifiée. Selon un premier mode de réalisation, lesdites mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance consistent à mesurer l'intensité du courant et le déphasage entre l'intensité et la tension. Selon un deuxième mode de réalisation lesdites mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance consistent à mesurer l'amplitude en phase et l'amplitude en quadrature par rapport à la tension. D' une façon avantageuse, lorsqu'il y a eu modification de l' état d' une ou plusieurs charges du circuit, l'on effectue lesdites mesures dès que le courant électrique est redevenu stable. De préférence, l'on analyse les variations d'impédance en déterminant la composante résistive et la composante réactive et l'on classe, à chaque variation d'impédance, la charge calculée dans une classe d'une table des charges enclenchées, chaque classe correspondant à des charges dont les caractéristiques respectivement résistives et réactives sont déterminées. Ensuite dans cette forme de réalisation, l'on détermine par unité d' énergie électrique consommée la contribution à la consommation dans chacune des classes définies de cette table et l'on somme lesdites contributions pour chacune desdites classes. Enfin, lton ajuste régulièrement la contribution à la consommation dans chacune des classes de consommation définies après des périodes de consommation prédéterminées. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'une forme de mise en oeuvre préférée et d'une variante avantageuse. Selon un premier mode de réalisation du procédé de l'invention, la mesure à un instant donné de l'intensité I du courant et du déphasage 'e entre l'intensité I et la tension V dans le circuit sous surveillance permet de déterminer l'impédance Z d' un appareil qui est enclenché dans ce circuit. Ce calcul s'effectue sur la base de la formule suivante: V = Z.I Au moment de l'enclenchement d'un appareil, l'impédance déterminée sur le circuit passe d'une valeur Zo (Io, fo) à une valeur Z1 (I1, #1). De la même manière au moment du déclenchement de cet appareil et/ou d' un autre appareil de ce circuit l'impédance passe de la valeur Z1 (L, 'fî) à la valeur Z2 (I2, t2). Dans le cas particulier où ce seul appareil est déclenché, il est évident que 12 = lo et 'e2 = 0 . Cette variation fiZ permet de déterminer la nature de la charge consommatrice d'énergie qui a été enclenchée ou déclenchée. On classe cette variation d'impédance #Z dans l'espace des impédances (I, Le), ce qui permet d'attribuer à chaque variation d'impédance, une classe de consommation. Chaque fois qu'on constate que l'impédance Z effectue un saut #Z, un appareil dont la consommation en énergie électrique P est égale à P = 1/2 (V)2/#Z a été connecté ou retiré du circuit sous surveillance. Dans la description ci-dessous on parlera d' énergie électrique en kilowatts et non pas en kilowattheures, ce qui est une notion commode couramment employée dans le milieu des professionnels liés à la distribution d'énergie électrique, et qui correspond à une puissance moyenne appelée par une charge dans un intervalle de temps prédéterminé qui peut être une heure, un jour voire une année. Etant donné que l'on peut déterminer, à partir de la variation d'impédance bZ si la charge consommatrice est du type purement résistif ou si elle présente des composantes capacitives ou inductives, il est possible de classer l'énergie effectivement consommée dans des classes correspondant à la nature des charges consommatrices, ces classes étant appelées classes de consommation. Dans le cas de courant triphasé, les mesures et le classement s'effectuent pour chacune des phases et prennent en compte la simultanéité des variations sur les phases pour regrouper les calculs. Dans le circuit concerné, il est possible de déterminer pour chaque kilowatt, multiple ou sous-multiple de kilowatt consommé la contribution de chaque charge à la consommation de cette énergie électrique. La mémorisation complète des quantités d' énergie effectivement consommées pour chaque classe de consommation nécessiterait des capacités de mémoire très importantes qui ne sont pas compatibles avec une intégration dans un compteur domestique. C' est pourquoi, dans le cadre du procédé ci-dessus on détermine des coefficients C1, C2.,..C, qui définissent la contribution des appareils enclenchés de chaque classe de consommation à la consommation globale pour une unité d'énergie électrique consommée utilisée comme sous-période de mesure. En outre on peut recourir à une simplification pour évaluer les coefficients C. Par exemple si un appareil demeure enclenché pendant toute la sous-période de mesure, son coefficient C est égal à 100. En d'autres termes, la contribution de l'appareil à la consommation globale dans la classe de consommation correspondant à l'appareil est de 100%. Si un appareil est enclenché ou déclenché pendant la sous-période de mesure le coefficient C devient égal à 50 et si l'appareil enclenché pendant cette sous-période est ensuite déclenché pendant la même sous-période, le coefficient C est alors égal à 25. Pour certains compteurs sur lesquels chaque kilowatt est subdivisé en au moins 240 périodes distinctes, l'approximation est proche de la réalité. Pour réaliser une telle approximation le programme de calcul maintient par classe de consommation une table telle que représentée ci-dessous Puiss. Encl. Décl. % % % Classes inst.des classes N@ N@ C e N@ E@ E@@ N@@ 1 P1 2 P2 . i Pi N@@ N@@ Ci ei N@@ E@@ E'io N'io k-1 Pk-1 k N@@ Nid S1 100% 100% 100% U Sz Sz + U où sont conservés par sous-période de mesure: - le nombre d'appareils No enclenchés au début - le nombre d'appareils Ne qui se sont enclenchés en cours de chaque sous-période de mesure - le nombre d'appareils Na enclenchés qui se sont déclenchés en cours de chaque sous-période de mesure. A la fin de la sous-période de mesure définie par une impulsion du compteur, ce compteur étant équipé d'une électronique appropriée, on calcule: - le solde des appareils qui sont enclenchés à la fin de la période de mesure Nto = No - Na + Ne (1) - la variation du nombre d' appareils enclenchés ou déclenchés pendant cette période de mesure ON = Nao - No = Ne - Na (2) - le nombre d'appareils Noa enclenchés et déclenchés en cours de cycle Ned = Ne + Nd - |Ne - Nd| (3) Le coefficient Ci correspondant à la contribution de la classe (i) sera alors pondéré comme indiqué précédemment: Ci = Nio + 0,5#N + 0,25Ned (4) A chaque classe d'appareils correspond une puissance instantanée consommée par un appareil de la classe, qui dérive de la formule classique Pi = = 1/2 Zi I2 = 1/2 V2/Zi (5) ou Zi est l'impédance de la classe. Pendant la sous-période de mesure définie par une impulsion du compteur, la contribution C de la classe à la consommation est proportionnelle à Ci x Pi (6) On peut alors calculer la somme S1 des contributions de toutes les classes pendant la sous-période de mesure S1 = iCs x Pi (7) puis, pour chaque classe, la contribution effective ei en % à la consommation d'une unité d' énergie ei = Ci x P/S1 = C x P/ Ci x Pi (8) Des totalisateurs permettent de connaître la consommation de l'abonné contrôlée pendant une campagne de mesures, par classe de consommation. Cette campagne de mesure peut se diviser en quatre périodes temporelles. La première période de base est celle que constitue la mise en place du système de mesure sur le compteur de l'abonné jusqu'à son retrait. La seconde période est celle qui sépare les passages successifs de l'employé chargé de relever les mesures. Cette période peut être variable. Elle est connue par sa date et son heure de début Da et par sa date et son heure de fin Df et la somme des secondes périodes est égale à la première période définie cidessus. La troisième période est celle de la semaine. Elle permet de définir un cycle naturel chez les usagers et d' effectuer des consolidations de résultats. La quatrième période est celle de la journée qui présente aussi des cycles de consommation usuelle. Une tranche horaire de la journée concernée définit une sous-période de totalisation. Les totalisateurs sont incrémentés chaque fois que le système de mesure a enregistré la consommation d' un kilowatt ou d'un multiple et le programme de calcul somme dans chaque classe étudiée les contributions calculées relevées après les avoir pondérées. Un compteur général additionne les kilowatts mesurés depuis le début de la sous-période de totalisation. Ce compteur est remis à zéro lorsqu'on détecte, en fonction du temps Tf, le passage d'une souspériode de totalisation à la suivante. Si S2 est le nombre de kilowatts consommés avant le début de la souspériode de mesure et si, à chaque classe, on associe un totalisateur de la contribution Eio exprimée en %, on a Eio = 100 % (9) Si U est l'énergie consommée durant les sous-périodes de mesure, à la fin de chaque sous-période de mesure on calcule pour chaque classe la nouvelle valeur Eio en % du totalisateur Etio = (Eio*Sz + eiU) / Sa + U (10) A la fin de la sous-période de mesure, le compteur du nombre de kilowatts consommés est ensuite incrémenté de la quantité U S'2 = S2 + U (11) Au début de la sous-période suivante l'électronique du compteur remet ses tables à une condition de début, c'est-à-dire, pour chaque classe - ajuste le nombre d'appareils enclenchés N10 = N'io - ajuste le totalisateur de la contribution Eio = Etio - remet les totalisateurs de modifications et de contribution à zéro. Le maintien des totalisateurs en % a été préféré à une totalisation en kilowatts pour une raison de normalisation des calculs et pour pouvoir facilement changer les paramètres d'initialisation du programme de calcul, par exemple le nombre d'impulsions du compteur définissant la sous-période de mesure et l'énergie correspondante mesurés. Les totalisateurs sont incrémentés selon le même principe durant une fenêtre temporelle de la journée, par exemple entre 12 et 13 heures, tous les jours, ou certains jours de la semaine. A la fin de la sous-période de totalisation les totalisateurs sont consolidés (sommés et mémorisés) selon le même principe de variables indépendantes dans les tables journalières (par exemple six tables journalières ) . Ces tables journalières permettent de définir le profil de la semaine. Lorsque le cycle de la semaine recommence, à la fin de chaque sous période de totalisation, la table correspondante des totalisateurs est consolidée, toujours selon le même principe de variables indépendantes, dans la table journalière du jour de la semaine correspondante (six tables journalières pour sept jours = quarante-deux tables). Ces quarante-deux tables (ou plus) sont sauvegardées dans un dispositif de mémoire de masse associé au dispositif de mesure non invasive. Cette mémoire de masse est retirée par un employé chargé de relever les mesures (semaine ou mois) qui remet en place un dispositif de mémoire de masse qui a été reformaté et dans lequel seront enregistrés les nouveaux paramètres. La période de mesure peut être variable. Elle est connue par sa date et son heure de début et par sa date et son heure de fin. Un enregistrement séquentiel des consommations est effectué sur la base de quarts d'heure ou de demi-heures. Cependant des problèmes de temps réels peuvent voir le jour si les systèmes de mesure doivent acquérir trop de paramètres. Dans ce cas, la période d'acquisition sera élargie en ne faisant une acquisition traitement que tous les n impulsions compteur. En effet si la consommation de l' usager est très élevée le compteur tourne plus rapidement et les impulsions se suivent à une fréquence trop rapide pour permettre une acquisition en temps réel. Il suffit alors de sauter une impulsion sur deux ou trois pour recréer une période d'acquisition compatible avec la vitesse d'acquisition. La présente invention n' est pas limitée au procédé décrit, mais peut subir diverses modifications évidentes pour l'homme de part. Revendications l . Procédé pour identifier des charges consommatrices d'énergie électrique, d'un circuit sous surveillance et pour déterminer l'énergie consommée par chacune des ces charges, caractérisé en ce que l'on effectue sur le courant électrique d'alimentation de ce circuit des mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance au cours du temps, en ce que l'on identifie les charges en déterminant la nature des variations d'impédance et en ce que l'on calcule l'énergie consommée pour chaque type de charge préalablement identifiée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance consistent à mesurer l'intensité du courant et le déphasage entre l'intensité et la tension. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites mesures appropriées pour déterminer les variations d'impédance consistent à mesurer l'amplitude en phase et l'amplitude en quadrature par rapport à la tension. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, lorsqu'il y a eu modification de l'état d'une ou plusieurs charges du circuit, l'on effectue lesdites mesures dès que le courant électrique est redevenu stable. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on analyse les variations d1 impédance en déterminant la part due à une influence résistive et la part due à une influence réactive. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce, que, à chaque variation d'impédance l'on classe la charge calculée dans une classe d'une table des charges enclenchés, chaque classe correspondant à des charges dont les caractéristiques respectivement résistives et réactives sont déterminées. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on détermine par unité d'énergie électrique consommée la contribution à la consommation dans chacune des classes définies de cette table. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on somme lesdites contributions pour chacune desdites classes. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on ajuste régulièrement la contribution à la consommation dans chacune des classes de consommation définies après des périodes de consommation prédéterminées.