Brevet FR3004022A1 — publié le 20141003

RESEAU ET PROCEDE DE COMMUNICATION POUR POSTE DE RESEAU ELECTRIQUE A BUS DE COMMUNICATION UNIVERSEL POUR COMMANDES DE TELEPROTECTION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui de l'automatisation des sous-stations d'un réseau d'énergie électrique. L'invention concerne plus précisément la transmission de commandes de télé-protection entre sous-stations distantes d'un réseau d'énergie électrique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Des équipements et des fonctions de téléprotection sont utilisés par les compagnies d'électricité pour protéger leurs réseaux d'énergie électrique : ils sont conçus pour transmettre des commandes de protection, d'une sous-station à une autre à travers des liens/réseaux de télécommunications. Dans une sous-station donnée, ces commandes proviennent dans la majorité des cas aujourd'hui d'équipements de protection conventionnels (équipement dits legacy selon la terminologie anglo-saxonne consacrée) à travers des entrée/sorties câblées, ou plus récemment d'équipements de protection avancés sous la forme de messages GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events) conformes à la norme IEC 61850 transitant dans le réseau de communication intra-station sur de l'Ethernet. Les solutions IEC 61850, existantes, que ce soit pour les équipements de protection ou les équipements de téléprotection, ont été conçues comme une simple extension de fonctionnalité dans les équipements, généralement réalisée par ajout d'une carte avec des ports (voire un seul) Ethernet supplémentaires dans l'équipement de téléprotection sans prise en compte des trafics des données importants ou la séparation dans la sous-station du bus de poste (Substation Bus) du bus de procédé (Process Bus) tel que le préconise la norme IEC 61850. Les dernières solutions de protection mises en oeuvre dans les sous-stations intègrent désormais ces contraintes (connexion en anneau sur les bus de poste ou de procédé) pour atteindre des performances requises. Ces solutions demeurent toutefois peu flexibles dans la mesure où elles ne permettent pas de transporter des commandes de protection en provenance de n'importe quel type d'équipement de protection (à entrées/sorties classiques filaires ou sur réseaux Ethernet) d'une sous-station à une autre, voire entre plusieurs sous-stations. On cherche par ailleurs des solutions d'interconnexion des équipements de téléprotection avec les équipements de protection qui soient le plus sécurisé possible afin de pouvoir répondre aux besoins de performance (latence et disponibilité de lien) entre sous-stations. Il existe ainsi un besoin pour une solution d'interconnexion qui soit performante, flexible, et à 30 moindre coûts. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif une solution d'interconnexion qui présente l'une et/ou l'autre des qualités suscitées, et propose pour ce faire un réseau 5 de communication pour sous-station d'un réseau d'énergie électrique comprenant : un premier bus de communication ; un deuxième bus de communication ; au moins un équipement de protection avancé 10 configuré pour générer des commandes de protection conformes à un protocole de communication à partir de données reçues du premier bus de communication et pour transmettre lesdites commandes de protection sur le deuxième bus de communication; 15 - au moins un équipement de téléprotection agencé à l'interface entre le réseau de communication de sous-station et un lien de communication et configuré pour transmettre des commandes de protection à au moins un autre dispositif de téléprotection 20 associé à une autre sous-station, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième bus de communication pour la transmission de commandes de protection conformes audit protocole de communication à destination de l'au moins un équipement 25 de téléprotection. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce réseau sont les suivants : - il comprend en outre : o au moins un équipement de protection conventionnel 30 configuré pour générer des commandes de protection non conformes audit protocole de communication ; o un équipement d'interfaçage relié, d'une part, à l'au moins un équipement de protection traditionnel et, d'autre part, au troisième bus de communication, ledit équipement d'interfaçage étant configuré pour convertir dans ledit protocole de communication les commandes de protection générées par l'au moins un équipement de protection conventionnel. - il comprend en outre des commutateurs, par exemple des commutateurs Ethernet, configurés pour assurer la connexion au troisième bus de communication de l'au moins un équipement de téléprotection et respectivement de l'équipement d'interfaçage, et un commutateur configuré pour assurer la connexion au deuxième bus de communication de l'au moins un équipement de téléprotection ; - l'au moins un équipement de téléprotection comporte une unité de conversion configurée pour convertir les commandes de protection conformes audit protocole de communication en commandes de protection conformes à un protocole de communication associé au lien de communication ; - ledit protocole de communication est conforme à la norme IEC 61850 ; - le premier bus de communication est un bus de procédé conformément à la norme IEC 61850, le deuxième bus de communication est un bus de poste conformément à la norme IEC 61850, et le troisième bus de communication est également un bus conforme à la norme IEC 61850. L'invention porte également sur un procédé de téléprotection dans un réseau d'énergie électrique, comprenant les étapes de : - transmission de données sur un premier bus de communication; - transmission de commandes de protection conformes à un protocole de communication sur un second bus de communication, lesdites commandes de protection étant générées par au moins un équipement de protection avancé à partir de données reçues du premier bus de communication; - transmission de commandes de protection par au moins un équipement de téléprotection agencé à l'interface entre le réseau de communication de sous-station et un lien de communication à destination d'au moins un autre dispositif de téléprotection associé à une autre sous-station, le procédé étant caractérisé par la transmission à destination de l'au moins un équipement de téléprotection de commandes de protection conformes audit protocole de communication via un troisième bus de communication. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence à la figure 1 annexée qui représente un schéma d'un réseau de communication pour sous-station d'un réseau d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS En référence à la figure 1, on a représenté un réseau de communication pour sous-station S d'un réseau d'énergie électrique selon un mode de réalisation possible de l'invention. Le réseau de sous-station comporte un premier bus de communication B1 et un deuxième bus de communication B2. Différents équipements peuvent être reliés, par exemple selon une connexion en anneau, au premier bus de communication Bi. Il s'agit par exemple, comme représenté sur la figure 1, d'un ou plusieurs équipements de protection avancé 1 et d'un ou plusieurs équipements 7, 8 classiquement désignés dans le domaine d'application de l'invention par le terme de dispositifs électroniques intelligents (IED pour Intelligent Electronic Device). La connexion d'un équipement de protection 1 au premier bus de communication B1 est typiquement réalisée au travers d'un commutateur S11, notamment un commutateur Ethernet. Différents équipements peuvent également être reliés, par exemple selon une connexion en anneau, au deuxième bus de communication B2. Il s'agit par exemple, comme représenté sur la figure 1, d'un ou plusieurs équipements de protection avancé 1 et d'un ou plusieurs appareils de mesure et d'enregistrement tels qu'un enregistreur numérique de défauts 6 (DFR pour Digital Fault Recorder). La connexion d'un équipement de protection 1, respectivement celle d'un enregistreur numérique 6, au deuxième bus de communication est typiquement réalisée au travers d'un commutateur S12, respectivement un commutateur S6, notamment un commutateur Ethernet. Des grandeurs courants et tensions numérisées transitent sur le premier bus Bi. Ces 10 grandeurs sont initialement acquises par des transformateurs de courant et de tension, conventionnels ou non. Dans un mode de réalisation privilégié, le premier bus de communication B1 est un bus de procédé 15 (Process Bus) conformément à la norme IEC 61850, et le deuxième bus de communication est un bus de poste (Station Bus) conformément à la norme IEC 61850. Le réseau de sous-station comporte par ailleurs au moins un équipement de protection avancé 1 20 relié, d'une part, au premier bus de communication B1 et, d'autre part, au deuxième bus de communication B2. L'au moins un équipement de protection avancé 1 est configuré pour générer des commandes de protection conformes à un protocole de communication à partir de 25 données (les grandeurs courants et tensions numérisées notamment) reçues du premier bus de communication B1 et pour transmettre lesdites commandes de protection sur le deuxième bus de communication B2. Dans le mode de réalisation privilégié, les 30 commandes de protection générées par l'au moins un équipement de protection avancé 1 sont des commandes de protection codées selon le modèle d'information de la norme IEC 61850. On relèvera que dans le cadre de l'invention, des informations de service (par exemple un indicateur de qualité des différents liens de communication entre les sous-stations distantes) sont typiquement associées aux commandes de protection. Le réseau de sous-station comporte par ailleurs au moins un équipement de téléprotection 3, 4 agencé à l'interface entre le réseau de communication de sous-station et un lien de communication, et configuré pour transmettre des commandes de protection à au moins un autre dispositif de téléprotection associé à une autre sous-station. Dans le cadre de l'invention, il est prévu un troisième bus de communication B3 permettant l'échange de commandes de protection conformes audit protocole de communication à destination de l'au moins un équipement de téléprotection 3, 4. L'invention permet ainsi de fournir un ensemble de fonctionnalités de téléprotection distribuées autour du troisième bus de communication répondant audit protocole de communication, notamment au niveau des travées pour des départs de ligne de haute tension. Dans le mode de réalisation privilégié, le troisième bus de communication B3 est un bus natif IEC 61850. En particulier, grâce à ce troisième bus dédié aux commandes de protection répondant audit 30 protocole de communication (IEC 61850 typiquement) et auquel le ou les équipements de téléprotection 3, 4 sont reliés, par exemple selon une connexion en anneau, les performances de point vue latence (temps de traversée des mots codés des commandes de protection) sont bien maitrisées. La connexion d'un équipement de téléprotection 3, 4 au troisième bus de communication est typiquement réalisée via un ou plusieurs commutateurs S3, S41, notamment un ou plusieurs commutateurs dédiés aux commandes de protection issues du troisième bus de communication B3, par exemple un ou plusieurs commutateurs Ethernet dédiés. Ces fonctionnalités de commutateur permettent d'aiguiller, filtrer, et prioriser les paquets de données de protection (commandes de protection et informations de services associées) circulant sur le troisième bus B3. On relèvera toutefois que l'invention n'est pas limitée à un troisième bus de communication B3 physique, mais s'étend également à un troisième bus de communication B3 virtuel, par exemple un bus de type VLAN (« Virtual Local Area Network » désignant un réseau local virtuel) pouvant coexister avec le deuxième bus de communication sur un même commutateur côté équipements de téléprotection notamment. Un équipement de téléprotection 4 peut également disposer de l'un et/ou l'autre de commutateurs S42, S43, notamment des commutateurs Ethernet, permettant la connexion respectivement au deuxième bus de communication B2 et au premier bus de communication Bi. La connexion au deuxième bus de communication B2 permet notamment à l'équipement de téléprotection 4 de recevoir les commandes de protection générées par le ou les équipements de protection avancés 1. On comprend donc que l'interconnexion, notamment en réseaux Ethernet, des équipements de 5 téléprotection 3, 4 avec les équipements de protection avancés 1 via le deuxième bus de communication B2 et avec les équipements de protection conventionnels 5 (comme cela sera décrit par la suite) via le troisième bus de communication B3, est une interconnexion 10 sécurisée à même de répondre aux besoins de performance (latence et disponibilité de lien) pour la télécommunication de commandes de protection entre sous-stations. Dans un mode de réalisation, le troisième 15 bus de communication B3 est également relié au premier bus de communication Bi. Dans un mode de réalisation, le réseau de sous-station comporte au moins un dispositif électronique intelligent 9 apte à être relié au 20 troisième bus de communication B3. Dans un mode de réalisation, le réseau de sous-station comporte également au moins un équipement de protection conventionnel 2 qui génère des commandes de protection non conformes audit protocole de 25 communication. L'équipement de protection conventionnel 2 est par exemple un équipement à entrées/sorties classiques filaires ayant notamment pour entrées des données en provenance de transducteurs T et notamment pour sorties des données à destination d'un disjoncteur 30 D. Dans ce mode de réalisation, le réseau de sous-station peut en outre comporter un équipement d'interfaçage 5 relié, d'une part, à l'au moins un équipement de protection conventionnel 2 via une 5 interface 15 et, d'autre part, au troisième bus de communication B3, ledit équipement d'interfaçage 5 étant configuré pour convertir dans ledit protocole de communication (IEC 61850 typiquement) les commandes de protection générées par l'au moins un équipement de 10 protection conventionnel 2. Dans l'application privilégiée de l'invention, l'équipement d'interfaçage 5 vient plus précisément convertir, d'une part, les commandes de protection acquises sur ses entrées depuis le ou les équipements de protection conventionnels 2 en 15 messages IEC61850 GOOSE, et, d'autre part les messages GOOSE à émettre en commandes sur ses sorties vers le ou les équipements de protection conventionnels 2. La connexion de l'équipement d'interfaçage 5 au troisième bus de communication B3 est typiquement 20 réalisée au travers d'un commutateur S5, notamment un commutateur dédié aux commandes de protection, par exemple un commutateur Ethernet temps réel. L'invention offre ainsi une interconnexion flexible permettant de transporter des commandes de 25 protection de n'importe quel équipement de protection (équipement conventionnel à entrées/sorties classiques filaires, équipement avancé sur réseaux Ethernet) d'une sous-station à une autre, voire entre plusieurs sous-stations. 30 L'invention permet également de réaliser une migration transparente et simple, notamment une migration graduelle et partielle, des sous-stations dites « legacy » vers les sous-stations en réseaux Ethernet répondant à la norme IEC 61850. L'invention autorise ainsi un acheminement 5 des commandes de protection, ainsi que des informations de service associées, de n'importe quel équipement de protection, conventionnel ou conforme au protocole 61850, vers la sous-station distante avec des performances maitrisées de point de vue latence et 10 fiabilité. L'acheminement des commandes de protection vers la sous-station distante peut être réalisé sur différents liens de communication, par exemple des liens optiques, digitaux type E1/V11 et Ethernet, voire 15 même des liaisons analogiques sur courants porteurs ou voies téléphoniques. Pour ce faire, chaque équipement de téléprotection 3, 4 comporte une unité 31, 41 d'acquisition et de restitution des commandes de 20 protection via ledit protocole de communication, une unité 33, 43 de codage/décodage des commandes de protection, ainsi qu'une unité de conversion 32, 42 configurée pour convertir les commandes de protection conformes audit premier protocole de communication en 25 commandes de protection conformes à un protocole de communication associé à un lien de communication vers la station distance. Les commandes de protection convertis au protocole de communication du lien de communication peuvent être transmises vers un ou 30 plusieurs points d'accès du lien de communication 51, 2, 61, 62 per l'intermédiaire d'une ou plusieurs interfaces de communication 34, 35, 44, 45. L'invention n'est par ailleurs pas limitée à un réseau tel que décrit précédemment, mais s'étend 5 également à un procédé de téléprotection dans un réseau d'énergie électrique, comprenant les étapes de : - transmission de données sur un premier bus de communication ; - transmission de commandes de protection conformes à un protocole de communication sur un second bus de communication, lesdites commandes de protection étant générées par au moins un équipement de protection avancé à partir de données reçues du premier bus de communication ; transmission des commandes de protection par au moins un équipement de téléprotection agencé à l'interface entre le réseau de communication de sous-station et un lien de communication à destination d'au moins un autre dispositif de téléprotection associé à une autre sous-station, le procédé étant caractérisé par l'échange, via un troisième bus de communication, de commandes de protection conformes audit protocole de communication à destination de l'au moins un dispositif de téléprotection. Ce procédé peut en outre comporter les étapes de : - génération de commandes de protection non conformes audit protocole de communication par au moins un équipement de protection conventionnel ; - conversion dans ledit protocole de communication des commandes de protection générées par l'au moins un équipement de protection conventionnel, ladite étape de conversion étant réalisée par un équipement d'interfaçage relié, d'une part, à l'au moins un équipement de protection conventionnel et, d'autre part, au troisième bus de communication Le troisième bus de communication assure ainsi notamment l'échange vers le ou les équipements de 10 téléprotection des commandes de protection converties dans ledit protocole de communication issues du ou des équipements de protection conventionnels via l'équipement d'interfaçage. 15 REVENDICATIONS1. Réseau de communication pour sous-station (S) d'un réseau d'énergie électrique, comprenant : - un premier bus de communication (B1); - un deuxième bus de communication (B2); - au moins un équipement de protection avancé (1) configuré pour générer des commandes de protection conformes à un protocole de communication à partir de 10 données reçues du premier bus de communication (B1) et pour transmettre lesdites commandes de protection sur le deuxième bus de communication (B2) ; - au moins un équipement de téléprotection (3, 4) agencé à l'interface entre le réseau de 15 communication de sous-station et un lien de communication et configuré pour transmettre des commandes de protection à au moins un autre dispositif de téléprotection associé à une autre sous-station, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième 20 bus de communication (B3) pour la transmission de commandes de protection conformes audit protocole de communication à destination de l'au moins un équipement de téléprotection (3, 4). 25 2. Réseau de communication selon la revendication 1, comprenant en outre : - au moins un équipement de protection conventionnel (2) configuré pour générer des commandes de protection non conformes audit protocole de 30 communication ;un équipement d'interfaçage :(5) relié, d'une part, à l'au moins un équipement de protection conventionnel (2) et, d'autre part, au troisième bus de communication (B3), ledit équipement d'interfaçage (5) étant configure pour convertir dans ledit protocole de communication les commandes de protection générées par l'au moins un équipement de protection conventionnel. 3. Réseau de communication selon la revendication 2, comportant en outre des commutateurs (S3, S41, S5) configurés pour assurer la connexion au troisième bus de communication (B3) de l'au moins un équipement de téléprotection (3, 4) et respectivement de l'équipement d'interfaçage (5), et un commutateur (S42) configure pour assurer la connexion au deuxième bus de communication (B2) de l'au moins un équipement de téléprotection (3, 4). 4. Réseau de communication selon la revendication 20 3, dans lequel les commutateurs sont des commutateurs Ethernet. 5. Réseau de communication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins 25 un équipement de téléprotection (3, 4) comporte une unité de conversion (32, 42) configurée pour convertir les commandes de protection conformes audit protocole de communication en commandes de protection conformes à un protocole de communication associé au lien de 30 communication. 6. Réseau de communication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit protocole de communication est conforme à la norme IEC 61850. 7. Réseau de communication selon la revendication précédente, dans lequel le premier bus de communication est un bus de procédé conformément à la norme IEC 61850, le deuxième bus de communication est un bus de poste conformément à la norme IEC 61850, et le troisième bus de communication est également un bus conforme à la norme IEC 61850. 8. Procédé de téléprotection dans un réseau d'énergie électrique, comprenant les étapes de : - transmission de données sur un premier bus de communication (B1); - transmission de commandes de protection conformes à un protocole de communication sur un second bus de communication (B2), lesdites commandes de protection étant générées par au moins un équipement de protection avancé (1) à partir de données reçues du premier bus de communication (B1); - transmission de commandes de protection par au moins un équipement de téléprotection (3, 4) agencé à l'interface entre le réseau de communication de sous-station et un lien de communication à destination d'au moins un autre dispositif de téléprotection associé à une autre sous-station, le procédé étant caractérisé par la transmission à destination de l'au moins un équipement detéléprotection (3, 4) de commandes de protection conformes audit protocole de communication via un troisième bus de communication (B3). 9. Procédé selon la revendication précédente, comprenant en outre les étapes de : génération de commandes de protection non conformes audit premier protocole de communication par au moins un équipement de protection conventionnel (2) ; conversion dans ledit premier protocole de communication des commandes de protection générées par l'au moins un équipement de protection conventionnel (2), ladite étape de conversion étant réalisée par un équipement d'interfaçage (5) relié, d'une part, à l'au moins un équipement de protection conventionnel (2) et, d'autre part, au troisième bus de communication (B3).20