Brevet FR2811833A1 — publié le 20020118

Il4 2811833 PROCEDE DE RECEPTION D'UN SIGNAL TRANSMIS PAR L'INTERMEDIAIRE DU RESEAU ELECTRIQUE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de réception d'un signal de commande transmis par l'intermédiaire du réseau pour la distribution d'un signal électrique présentant une fréquence fondamentale et des fréquences harmoniques, le signal de commande présentant une fréquence principale différente de la fréquence fondamentale et des fréquences harmoniques du signal électrique, le procédé consistant à convertir le signal de commande analogique en signal numérique et à filtrer ledit signal numérique. Elle se rapporte aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention s'applique plus particulièrement à la réception d'un signal de télécommande centralisée. Depuis fort longtemps, il est connu d'utiliser un signal de télécommande centralisée analogique transmis par l'intermédiaire du réseau de distribution d'électricité dans le but de modifier la tarification de compteurs, déclencher une commutation pour le branchement ou le débranchement de radiateurs électriques ou de climatiseurs chez les utilisateurs ou toute autre commutation électrique. Le signal de commande se compose d'impulsions dont le nombre, la fréquence, la durée et l'amplitude constituent les caractéristiques déterminant la commande considérée. Le signal électrique distribué par le réseau présente une fréquence fondamentale, par exemple 50 Hz, et des fréquences harmoniques. Dans le but de faciliter sa réception, le signal de commande présente une fréquence principale située en général entre deux fréquences harmoniques du signal électrique. Sa fréquence est par exemple fixée à 175 Hz dis 2811833 qui se situe entre les harmoniques 3 et 4 du signal électrique (respectivement Hz et 200 Hz si la fréquence fondamentale est égale à 50 Hz). Il est connu d'employer après conversion analogique numérique du signal, un filtre passe-bande sélectif numérique éliminant toute fréquence non contenue dans une bande étroite (par exemple allant de 173 Hz à 177 Hz) centrée sur la fréquence principale du signal de commande (par exemple 175 Hz). On obtient donc en sortie du filtre, le signal de commande seul qui est ensuite traité par un algorithme permettant de déterminer le contenu de la commande. On comprend que plus le filtre est étroit, meilleure est la réjection des harmoniques. Mais on sait que le temps de montée du filtre est inversement proportionnel à la largeur de la bande passante. En d'autres termes, la réduction de la largeur de la bande passante du filtre impose une durée minimum des impulsions constituant le signal de commande. Ces impulsions peuvent avoir par exemple une durée d'environ une seconde pour une trame ayant une durée d'environ soixante secondes (une trame comprenant une quarantaine d'impulsions). Or, le nombre de dispositifs différents que l'on souhaite commuter par l'intermédiaire du signal de commande augmentant, le nombre de commandes contenues dans le signal de commande doit augmenter aussi. Cela implique une augmentation du nombre d'impulsions contenues dans une trame et par conséquent une réduction de leur durée. Or cette réduction de la durée des impulsions composant le signal de commande est limitée par l'utilisation d'un filtre passe-bande sélectif à bande étroite. La présente invention apporte une solution au problème posé par l'augmentation du nombre d'impulsions à l'intérieur d'une trame d'un signal de commande transmis sur le réseau électrique et donc par la diminution de la durée des impulsions et leur réception. Pour cela, après l'étape classique de 3j 2811833 conversion du signal analogique en un signal numérique, I'invention préconise un filtrage sélectif destiné à éliminer au moins la fréquence du signal électrique la plus proche de la fréquence principale du signal de commande. Un filtrage sélectif doit être compris comme n'agissant que dans une bande très étroite de largeur égale ou inférieure à 4 Hz. La largeur des bandes est par exemple mesurée à mi-hauteur dans une représentation de l'amplitude des composantes des signaux en fonction de leur fréquence. De manière avantageuse, le filtrage sélectif consiste à effectuer un filtrage destiné à éliminer les deux fréquences du signal électrique encadrant la fréquence principale du signal de commande. La fréquence fondamentale (et donc les fréquences harmoniques) du signal électrique n'est pas fixe mais varie sur une plage de quelques Hertz. Par exemple lorsque la fréquence fondamentale est qualifiée de 50 Hz, elle varie en fait dans une gamme de fréquences allant de 47 Hz à 53 Hz. C'est pourquoi, selon une variante de l'invention la fréquence fondamentale du signal électrique est mesurée en permanence et le filtrage sélectif est adapté en fonction des variations de la fréquence principale du signal électrique. Selon une variante avantageuse, le procédé selon l'invention comprend une étape de filtrage passe-bande avec une large bande passante centrée sur la fréquence principale du signal de commande. Pour les besoins du présent texte, I'expression "large bande passante" doit être comprise comme opposée à "bande passante étroite". En conséquence, une bande passante est considérée comme large si elle est supérieure à 4 Hz. La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Le dispositif comprend un convertisseur analogique/numérique apte à délivrer un signal numérique et comprend au moins un filtre sélectif numérique destiné à éliminer la fréquence du signal électrique la plus proche de la fréquence principale du signal de commande. De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention comprend deux filtres sélectifs numériques destinés à éliminer les fréquences harmoniques du signal électrique encadrant la fréquence principale du signal de commande. Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comprend en outre des moyens pour déterminer la fréquence fondamentale du signal électrique; de plus, le ou les filtres sélectifs adaptent la fréquence à filtrer sélectionnée en fonction des variations de la fréquence fondamentale du signal électrique. Selon un mode de réalisation particulier, le ou les filtres sélectifs sont des filtres à encoche. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend en outre un filtre numérique présentant une large bande passante centrée sur la fréquence principale du signal de commande. Selon une réalisation particulière, le filtre passe bande comprend un ou plusieurs filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - La figure 1 est un schéma de compteur d'électricité apte à recevoir un signal de télécommande centralisée; - La figure 2 représente schématiquement la distribution en fréquence du signal électrique et du signal de commande qui lui est superposé; - La figure 3 représente schématiquement les bandes des différents filtres appliqués aux signaux électrique et de commande conformément à l'invention. 2811833 Les signaux de télécommande centralisée sont superposés aux signaux électriques et émis généralement par les postes haute/moyenne tension du réseau de distribution d'électricité. Ils se propagent sur ce réseau et sont reçus à l'extrémité du réseau par les compteurs d'électricité répartis chez les usagers. La figure 1 représente schématiquement un compteur d'électricité 1 apte à recevoir un signal de télécommande centralisée. Le signal en provenance du réseau est dirigé d'une part vers des moyens métrologiques 10 permettant, entre autres, de déterminer la consommation électrique et d'autre part, vers le récepteur 12 de signal de télécommande centralisée. Le récepteur 12 comprend un convertisseur analogique/numérique 14 qui convertit le signal d'entrée constitué par la superposition du signal électrique et du signal de commande en un signal numérique. La figure 2 représente schématiquement la distribution en amplitude du signal d'entrée en fonction de la fréquence. Une composante principale Hl du signal électrique à une fréquence fondamentale, par exemple 50 Hz, et des composantes harmoniques H2, H3, H4,... (à 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz,...) se superposent à la composante SC du signal de commande située dans cet exemple entre les harmoniques 3 et 4 du signal électrique, à 175 Hz. Le signal numérique est délivré par le convertisseur 14 sur l'entrée d'un filtre 16 prévu pour éliminer les composantes du signal électrique sans affecter la composante du signal de commande. La figure 3 représente schématiquement l'action du filtre numérique 16 sur la répartition en fréquence du signal numérique. Un filtre passe- bande numérique présentant une large bande passante LB permet d'éliminer la composante fondamentale du signal électrique, son harmonique 2 et les harmoniques d'ordre supérieur à 4. La bande passante dans cet exemple est d'environ 50 Hz à mi-hauteur. Un tel filtre peut-être réalisé par l'addition de quelques filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie. Ces filtres présentent l'avantage d'être simples à mettre en oeuvre et requérant peu de temps de calcul. En effet, ces filtres sont du type: Yn = aoXn + a1 y,,1 + a2Yn-2 o y, désigne le signal de sortie du filtre lors de la nieme itération, xn le signal d'entrée, a., a1, a2 des paramètres à ajuster. On voit que chaque filtre ne nécessite que trois multiplications par itération. Ces filtres étant connus en soi il n'est pas nécessaire d'en donner ici une description plus détaillée. On peut trouver plus d'informations à ce propos dans l'ouvrage "Traitement Numérique du Signal", Maurice Bellanger, Chapitre VI, page 200 - MASSON (4ème édition) Pour obtenir le filtrage désiré, c'est à dire l'élimination des composantes ayant des fréquences se situant hors de l'intervalle compris entre la fréquence de l'harmonique 3 et celle de l'harmonique 4, on peut utiliser cinq filtres récursifs à réponse impulsionnelle infinie en cascade. Mais comme on peut le voir sur la figure 3, un tel filtre à bande large possède une bande passante LB dont les flancs présentent une pente telle qu'une partie des composantes des harmoniques 3 et 4 n'est pas éliminée. Les harmoniques encadrant le signal de commande sont éliminées à l'aide de deux filtres sélectifs numériques, par exemple des filtres à encoche. La réponse en fréquence d'un filtre à encoche est proche de zéro sur une gamme de fréquence très étroite (par exemple inférieure à 1 Hz), et égale à un ailleurs. De tels filtres sont connus en soi et ne nécessitent pas de description détaillée. On peut trouver plus d'information à leur sujet dans l'ouvrage "Traitement -+ 2811833 Numérique du Signal", Maurice Bellanger, Chapitre VI, page 211- MASSON (4ème édition) Afin d'adapter le filtrage sélectif aux variations de fréquence des composantes harmoniques, le récepteur 12 comprend des moyens pour mesurer la fréquence fondamentale du signal électrique. Ces moyens peuvent être réalisés à l'aide d'un filtre à encoche de manière connue en soi. Par ailleurs, certains compteurs d'électricité comprennent dans leurs éléments métrologiques des moyens de mesure de la fréquence principale du signal électrique et il suffit alors de transmettre cette information au filtre 16. Les bandes de fréquence FS1 et FS2 éliminées par les filtres à encoche sont donc adaptées en fonction des variations de la fréquence fondamentale du signal électrique. Pour cela, la fréquence fondamentale mesurée en permanence, par exemple à une fréquence de quelques kHz, est multipliée par les coefficients 3 et 4 pour donner la fréquence des harmoniques 3 et 4. Les fréquences de ces harmoniques sont utilisées par les filtres à encoche comme paramètres indiquant les centres des bandes sélectives FS1 et FS2 à éliminer. Le signal de commande isolé des composantes du signal électrique est délivré en entrée de moyens de traitement 18 effectuant les opérations classiques de lissage, redressement, détection d'enveloppe, mesure de la durée des impulsions et de leur amplitude, et enfin acceptation de l'impulsion considérée comme faisant partie du signal de commande ou rejet, si cette impulsion est considérée comme du bruit. En sortie des moyens de traitement 18, le signal de commande mis en forme est dirigé vers des moyens de commande MC, par exemple des relais qui commutent ou non suivant le contenu de la commande. 8 2811833 Les différentes opérations de conversion, filtrage et traitement peuvent avantageusement être réalisées par le microprocesseur qui pilote les moyens métrologiques du compteur et ne requiert qu'une programmation supplémentaire sans qu'il soit nécessaire d'intégrer dans le compteur d'autres composants. La présente invention permet donc de diminuer sensiblement la durée des impulsions composant un signal de commande tout en prenant en compte les fluctuations de la fréquence fondamentale du signal électrique, en ne faisant appel qu'à des moyens simples et peu onéreux à mettre en oeuvre. De plus, aucun filtrage analogique du signal entrant n'est nécessaire. L'exemple donné ici pour une fréquence du signal électrique égale à 50 Hz et pour une fréquence du signal à 175 Hz peut être transposé à d'autres fréquences sans sortir du cadre de la présente invention. Par ailleurs, toujours en restant dans le cadre de la présente invention, il peut être prévu dans certaines configurations d'éliminer à l'aide d'un filtre sélectif seulement la fréquence du signal électrique la plus proche de la fréquence du signal de commande, les autres composantes du signal électrique étant éliminées à l'aide du filtre à large bande-passante. Selon une autre variante au contraire, de nombreuses fréquences harmoniques du signal électrique, par exemple la fréquence fondamentale et les neuf harmoniques suivantes, peuvent être éliminées par l'usage d'un nombre adéquat de filtres sélectifs, avec ou sans filtrage à large bande-passante. -5 2811833 REVENDICATIONS 1. Procédé de réception d'un signal de commande transmis par l'intermédiaire du réseau pour la distribution d'un signal électrique présentant une fréquence fondamentale (H1) et des fréquences harmoniques (H2, H3,...), le signal de commande présentant une fréquence principale (SC) différente de la fréquence fondamentale et des fréquences harmoniques (H2, H3,...) du signal électrique, le procédé consistant à convertir ledit signal de commande analogique en un signal numérique et à filtrer ledit signal numérique, caractérisé en ce que le filtrage comprend un filtrage sélectif (FS1, FS2) destiné à éliminer au moins la fréquence du signal électrique la plus proche de la fréquence principale du signal de commande (SC). 2. Procédé selon la revendication 1 consistant à effectuer un filtrage sélectif (FS1, FS2) destiné à éliminer les deux fréquences (H3, H4) du signal électrique encadrant la fréquence principale (SC) du signal de commande. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 dans lequel la fréquence fondamentale (H1) du signal électrique est mesurée en permanence et le filtrage sélectif (FS1, FS2) est adapté en fonction des variations de la fréquence fondamentale (H1) du signal électrique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le filtrage comprend en outre un filtrage passe-bande avec une large bande passante centrée sur la fréquence principale du signal de commande (SC). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant un convertisseur analogique/numérique (14) apte à délivrer un signal numérique et caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filtre sélectif numérique (16) destiné à éliminer une fréquence 2811833 harmonique du signal électrique voisine de la fréquence principale du signal de commande (SC). 6. Dispositif selon la revendication 5 comprenant deux filtres sélectifs numériques destinés à éliminer les fréquences harmoniques (H3, H4) du signal électrique encadrant la fréquence principale (SC) du signal de commande. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6 comprenant en outre des moyens pour déterminer la fréquence fondamentale (H1) du signal électrique et dans lequel le ou les filtres sélectifs adaptent la fréquence à filtrer sélectionnée en fonction des variations de la fréquence fondamentale du signal électrique. 8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel le ou les filtre sélectifs numériques sont des filtres à encoche. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 comprenant en outre un filtre numérique passe-bande (16) présentant une large bande- passante centrée sur la fréquence principale du signal de commande (SC). 10. Dispositif selon la revendication 9 dans lequel le filtre passe bande numérique comprend un ou plusieurs filtres à réponse impulsionnelle infinie.