Brevet FR3053797A1 — publié le 20180112

- 1 - La présente invention concerne un dispositif de surveillance et d'analyse de l'activité d'un réseau électrique. Ce dispositif permet d'analyser de façon simple, centralisée et détaillée le comportement des équipements connectés au réseau électrique sans exiger de ces équipements des fonctionnalités spécifiques. Le dispositif en question s'adapte donc au réseau électrique existant. Les dispositifs existant relèvent uniquement la consommation globale à un point de mesure d'un réseau électrique et, pour disposer d'une supervision particulière d'un équipement, nécessitent un prélèvement au niveau de chacun de ces équipements. Cela exige, soit de chaque équipement des caractéristiques techniques spécifiques, soit l'installation de dispositif de mesure au niveau de celui-ci. Le dispositif qui fait l'objet de cette invention permet une surveillance détaillée d'un ensemble d'équipements standards en un seul point de mesure. Il se base sur une méthode originale d'identification des équipements électrique surveillés alimentés par une source électrique. Cette identification est basée, d'une part sur la reconnaissance de la signature électrique de chaque équipement et, d'autre part sur des algorithmes d'apprentissage et de prédiction. En effet, l'idée est que chaque équipement, au moment de son activation, électrique introduit de façon significative des variations aux grandeurs physiques du réseau électrique d'où il tire son alimentation. Ces grandeurs physique sont de plusieurs natures, comme la tension, le courant consommé, le déphasage courant / tension quand il s'agite de courant alternatif, la distorsion du courant ou bien encore des grandeurs calculées à partir des mesures brutes. Ainsi, le dispositif détecte ces variations et, soit les associe à un type d'équipement connu, soit identifie un nouvel équipement à qui il affecte un nouveau identifiant. Le dispositif est également doté d'une logique d'apprentissage permettant, sur la base d'un historique de mesures, de détecter un équipement malgré son activation simultanée avec un autre équipement ou bien encore d'identifier des équipements ayant une signature complexe composée de plusieurs équipements qui s'activent et se désactivent selon un certain ordre. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif de l'invention. La figure 2 représente une variante du dispositif de l'invention. La figure 3 représente un exemple de détection de signatures. La figure 4 représente un réseau électrique résultant d'une détection de signatures. La figure 5 représente l'organisation de la surveillance d'un réseau électrique en sous réseaux. En référence à ces dessins, le traitement de la mesure de la grandeur physique, telle le courant, émanant d'une sonde (1) se fait selon une succession d'étages. Ce dispositif pour superviser un réseau d'un ou plusieurs équipements électriques à partir d'un unique point de mesure est caractérisé en ce qu'une sonde (1) est positionnée au point de mesure commun à tout les équipements et alimente un étage d'amplification (2) pour la mise en échelle du signal issu de la sonde afin d'être numérisé (3) et émis à un module de stockage et d'analyse (8) permettant de détecter les variations, de la grandeur physique mesurée, pour identifier tout équipement activé 3053797 - 2 - ou désactivé et de distinguer un équipement d'un autre équipement.Les sondes peuvent être de différents types en fonction de la nature des grandeurs mesurées. Cela peut être notamment un transformateur de courant pour les courants alternatifs ou bien encore une résistance de faible valeur pour des courants continus. Le signal émanant de la sondes est amplifié (2) pour mise à 5 l'échelle avant d'être numérisé (3) pour un stockage et traitement numérique. Le convertisseur analogique / numérique (3) est piloté par un module de gestion de sonde (4) qui prélève les mesures brutes et produit un flux d'information composé, sans que cela soit restreint à ces informations, de la tension électrique à ce point de mesure, du courant électrique consommé et du déphasage entre le courant et la tension, quand il s'agit de courant alternatif. Ce flux 10 d'information est capturé par un module d'acquisition (5) qui assure la mise en forme des mesures selon les conventions et la configuration souhaitées notamment en adaptant la fréquence d'échantillonnage finale et applique des filtres de réduction de données, permettant entre autres de ne garder que les valeurs significatives ou bien encore d'éliminer si nécessaires les phases transitoires. Cet étage ajoute aux mesures acquises une estampille comme par exemple la 15 date d'acquisition de ces mesures. Les données ainsi mises en forme sont mise à disposition du module de stockage et d'analyse (6). C'est dans ce module que sont implantés les algorithmes d'apprentissage et de prédiction et toute autre logique nécessaire au traitement et à l'interprétation des mesures. Il s'appuie sur l'étage de communication (7) pour communiquer avec le monde extérieur tel que les interfaces de configuration du dispositif, les interfaces de 20 surveillance du dispositif et les équipements d'exploitation des événements du dispositif. La fonction de communication permet en outre l'interfaçage avec tout autre dispositif adapté à des fins d'exploitation des événements produits par le dispositif qui fait l'objet de cette invention. Les technologies de communication peuvent être indifféremment de type radio (8), filaires (9) ou de tout autre type adapté. L'ensemble des modules peut être implanté sur un unique module 25 physique de traitement ou distribué sur plusieurs modules de traitement pour des raisons de localisation des différentes fonctions, ou bien encore pour des raisons d'efficacité et de robustesse du dispositif. Selon une variante illustrée par la figure 2, le dispositif est caractérisé en ce que le signal émanant de la sonde (1) est dirigé vers le filtre (11) afin d'en ôter d'éventuelles perturbations 30 présentes sur le réseau électrique surveillé avant d'alimenter le convertisseur analogique/numérique (3) à travers un commutateur analogique (12) piloté par le module de gestion des sondes (4) qui active ou désactive le filtrage (11) selon le besoin. Selon une autre variante illustrée par la figure 2, pour disposer d'un nombre de sondes supérieur à 1, il est ajouté un multiplexeur analogique (10) également piloté par le module de 35 gestion des sondes (4) afin de surveiller simultanément plusieurs réseaux distincts d'équipements et prélever les mesures de plusieurs grandeurs physiques distinctes. Avant sa conversion, le signal peut être filtré (11) afin de ne garder que l'harmonique à mesurer, comme par exemple 50Hz pour un secteur standard Européen. Un commutateur analogique (12) permet d'activer ou désactiver cette fonction de filtrage selon la nature des signaux mesurés. Le filtre est notamment désactivé quand le courant à mesurer est continu ou dans le cas où la distorsion du signal est une information déterminante pour la reconnaissance de la signature d'un équipement. De plus, dans cette variante, un système d'affichage et de contrôle local est prévu afin de procéder à la configuration des différents modules et afficher les informations et événements produits par le module de stockage et d'analyse (6). Cet affichage et contrôle local (13) est particulièrement utile 3053797 - 3 - lors de la première mise en service ainsi que pour la personnalisation du dispositif. Une fois le dispositif mis en service, cette fonction est également réalisée à travers un explorateur internet ou bien une ihm spécifique sur, par exemple, un ordinateur personnel. Lorsque la tension du réseau électrique n'est pas connue ou varie d'un point de mesure à l'autre, certaines sondes 5 peuvent êtres utilisées pour mesurer la tension à chaque point de mesure du réseau. A défaut, notamment quand la tension est supposée constante en tout point, la valeur de celle-ci et le cas échéant sa fréquence peuvent être introduites manuellement à travers la fonction d'affichage et de contrôle local ou distant. Le principe de cette invention réside dans le mécanisme de décomposition d'une mesure 10 globale et centralisée, en un nombre indéfini de grandeurs physiques dépendant du nombre d'équipements connectés au réseau électrique surveillé. Le mécanisme en question s'appuie d'une part sur les transitions des valeurs des mesures et, d'autre part sur la signature (i.e. variations) succédant à chaque nouvelle transition. De façon générale l'analyse des mesures s'appuie sur la totalité des informations contenues dans le flux de mesure émanant du module 15 d'acquisition des mesures (5). La technique d'analyse s'appuie sur un mécanisme de détection de signature électrique. En effet, cette technique se fond sur le principe que, au moment de sa mise en service, chaque équipement électrique possède une signature propre, qui peut être basée sur tout ou partie des valeurs obtenues directement par les sondes de mesure, mais également sur des grandeurs 20 déduites de ces mesures brutes. Au moment de son activation ou de sa désactivation, un équipement modifie les grandeurs physiques au point de mesure commun à plusieurs équipements. Ainsi, un équipement peut être distingué d'un autre par le courant consommé, la puissance consommé, le déphasage produit dans le cas de courant alternatif ou bien encore sur une combinaison de l'ensemble de ces mesures. Une fois cette phase de mise en service passée, 25 l'empreinte de cet équipement reste présente tant qu'il est en service et disparait au moment de sa mise hors service. L'objectif du dispositif est de permettre l'utilisation d'un seul point de mesure pour un ensemble quelconque et inconnu d'équipements. De ce fait, l'élément clé d'une mesure est sa différence avec la valeur de la mesure qui la précède. Ainsi, si m0 est la mesure courante, l'activation ou la désactivation d'un équipement va entraîner la prise en compte de la 30 mesure ml ; et, la valeur absolue de la différence entre m0 et ml est une grandeur significative propre à l'équipement en question. Le dispositif permet également de distinguer les équipements sur la base des moments d'activation de ces équipements, ou bien encore sur la base de la périodicité de leur activation. Le dispositif utilise donc à la fois les variations des grandeurs physiques résultantes de l'activation d'un équipement ainsi que les circonstances et le contexte 35 de ces événements tels que le moment de la journée ou encore les équipements précédemment activés. Ainsi, un équipement de réfrigération aura un cycle à proportion variable d'activation et de repos, se prolongeant sur une durée indéterminée, avec une puissance de crête constante. Un micro onde aura également un cycle à proportion variable d'activation et de repos, mais limité dans le temps et avec également une puissance maximale constante. Une lampe électrique à son 40 activation aura une signature simple de montée franche à une puissance maximale puis au moment de sa désactivation une chute de sa consommation propre à une valeur nulle. Un lave-linge aura une signature plus complexe avec un cycle mettant en oeuvre plusieurs types d'équipement (résistance chauffante, pompe à eau, moteur de rotation de tambour) mais selon une séquence déterministe. Le dispositif permet la détection automatique et l'apprentissage des 3053797 - 4 - équipements mis en oeuvre sur un réseau surveillé, mais également la pré-configuration de signatures types ou bien encore de circonstance (signatures particulières) à travers l'interface de configuration. La figure 3 illustre un principe de décomposition des mesures dans un cas particulier, basé 5 sur la puissance consommée, qui ne couvre pas la totalité des possibilités du dispositif. Le mécanisme peut porter de la même façon sur le courant consommé, le déphasage induit ou bien encore sur une combinaison des ces grandeurs. On y voit qu'à l'instant (t0) la mesure (m0) est la dernière valeur prélevée, elle nous sert ici de point de départ. A (t1), la mesure (m1) est prélevée. De cette mesure on peut déduire la valeur de transition (m1-m0) qui est un indicateur de la 10 puissance de l'équipement actionné à l'instant (t1). A l'instant (t2) la mesure (m2) est prélevée, ce qui indique l'actionnement d'un équipement d'une puissance proportionnelle à la valeur (m2-m1). A l'instant (t3) la mesure (m3) est prélevée et indique la désactivation d'un équipement qui semble dans notre exemple correspondre à l'équipement activé à l'instant (t1) car les valeurs absolues de (m3-m2) et de (ml-m0) sont égales. Entre les instants (t4) et (t5), une montée 15 progressive est relevée et filtrée par l'étage d'acquisition des mesures qui transmet les mesures (m4) puis (m5) avec les indications nécessaires à l'étage d'analyse et stockage pour la reconnaissance d'une telle signature composée d'une montée progressive suivie d'une stabilisation à une valeur maximum égale à (m5-m4), ce qui correspond à l'activation d'un équipement de puissance proportionnelle à (m5-m4) et dotée d'un dispositif de montée en 20 charge progressive. Enfin à l'instant (t6) la mesure (m6) est prélevée indiquant la désactivation probable de l'équipement activé à l'instant (t4) car les valeurs absolues de (m6-m5) et de (m5-m4) sont égales. On peut également en déduire qu'à l'instant (t6) seul l'équipement activé à l'instant (t2) est encore en fonction. Le dispositif est alors capable de déduire sur la base des mesures et de l'analyse 25 précédente le réseau d'équipement illustré figure 4. Ainsi, le réseau résultant de cette analyse est constitué de 3 équipements. L'équipement (17) est actionné par interrupteur simple et consomme une puissance de valeur (ml-m0). L'équipement (16) est également actionné par interrupteur simple et consomme une puissance de valeur (m2-m1). Enfin, l'équipement (18) est actionné par variateur (19) et consomme une puissance maximale de valeur (m4-m3). 30 Le mécanisme exposé ici est basé entre autres sur les instants de transition. L'intérêt de cette méthode est d'optimiser le nombre de mesures stockées à des fins d'analyse. Le dispositif permet d'autres méthodes, il suffit pour cela d'implanter le filtre adéquat au niveau de l'étage d'acquisition. Le principe d'analyse est également basé sur la profondeur de l'historique. La précision dépend de la quantité de mesures (d'événements) stockées, ce qui permet de connaitre 35 précisément le réseau d'équipements convergeant au point de mesure (sonde). La connaissance des équipements surveillés est donc une approximation qui se précise avec le temps. Cette caractéristique confère au dispositif la capacité de prendre en charge un réseau d'équipements quelconque, et de s'adapter aux évolutions de ce réseau sans nécessairement exiger de mise à jour particulière. Il est également possible d'apporter à tout instant au dispositif, à travers les 40 interfaces de configuration locale ou distante, des informations de personnalisation permettant d'une part d'accélérer. la connaissance du réseau par le dispositif, et d'autre part de remplacer les identifiants, affectés automatiquement par le dispositif aux équipements, par des noms 3053797 intelligible tels que par exemple « Eclairage_salle_de_bain », « Blender 1 », « Chauffage_appoint », « Four micro ondes » etc. Le dispositif dans sa forme initiale peut surveiller un ensemble indéfini d'équipements et ce nombre peut évoluer dans le temps sans nécessiter obligatoirement d'intervention de mise au 5 point extérieure au dispositif. Si on souhaite une plus grande précision et un apprentissage rapide du réseau d'équipements par le dispositif, il est possible de multiplier les sondes (points de mesure) en regroupant les équipements en sous ensembles tel qu'illustré par la figure 5. Dans cet exemple les équipements sont regroupés en trois sous ensembles, chacun étant géré par une sonde différente (1, 14 et 15). De cette façon l'apprentissage est plus rapide et le risque de 10 confusion entre plusieurs équipements, ayant la même signature et le même mode d'utilisation, est réduit. Dans le cas où les sondes sont localisées physiquement à un même endroit, notamment au niveau d'une armoire de distribution électrique d'où partent tous les circuits électriques, un seul module de gestion de sondes (4) est requis, dans le cas contraire plusieurs modules peuvent 15 être déportés à chaque point de mesure et communiquer avec l'étage d'acquisition (5) en utilisant le mode de liaison et de communication approprié (lien spécialisé, CPL, ondes radio....). Après la phase d'apprentissage du réseau par le dispositif, et éventuellement un apport de complément d'information par l'utilisateur via l'interface de configuration (13), le dispositif est en mesure de suivre les statistiques et l'activité à la fois globale et détaillée de ce réseau 20 d'équipements. le dispositif indique notamment quel équipement est en action et depuis quand. Sur la base de l'historique de l'activité du réseau, et en s'appuyant sur des algorithmes d'apprentissage et de prédiction, le dispositif est également en mesure de décider si l'activité du réseau électrique est normale ou bien au contraire inhabituelle. Le module de stockage et d'analyse (6) doté d'une logique d'apprentissage et de classification, identifie la signature 25 électrique de tout équipement activé ou désactivé sur la base des variations des grandeurs physiques mesurées provoquées par la mise en ou hors service de l'équipement. Pour cela, un équipement complémentaire, pouvant être le même que celui utilisé pour la configuration du dispositif, est prévu afin de recueillir et afficher les différentes indications émanant du dispositif de surveillance. Le dispositif de supervision fournit également les services 30 requis pour un interfaçage avec des équipements standards tels qu'un ordinateur personnel, une centrale d'alarme ou encore un téléphone portable, à travers l'étage de communication. Sur la base de ces fonctionnalités, le dispositif peut alors à tout instant distinguer un comportement anormal des équipements surveillés. Les événements détectés par le module d'analyse et de stockage (6) sont transmis à un module de communication (7) pour être mis à 35 disposition d'équipements annexes de supervision ou d'alerte. Le dispositif qui fait l'objet de cette invention offre la possibilité d'une multitude d'application. L'usage principal est le suivi détaillé de la consommation électrique d'habitations, de locaux professionnels, de sites industriels ou bien encore de véhicules automobiles. Il permet notamment d'identifier la source des gaspillages dus à des équipements dont la consommation 40 est anormale ou bien activés à des moments inhabituels, résultant par exemple d'une fenêtre restée ouverte qui entraine une surconsommation de chauffage, un réfrigérateur pas assez 3053797 -6- hermétique ou bien encore un éclairage oublié. Couplé à une centrale d'alarme il permet également de détecter une activité douteuse durant par exemple l'absence des occupants d'un lieu, ou bien encore l'absence d'activité dans le cas de la surveillance des personnes fragiles. La présence de capteurs de proximité notamment de contrôle d'éclairage, qui sont maintenant très 5 répandus, rend de façon indirecte plus efficace ce type de surveillance. REVENDICATIONS1) Dispositif pour superviser un réseau d'un ou plusieurs équipements électriques à partir d'un unique point de mesure caractérisé en ce qu'une sonde (1) est positionnée au point de mesure commun à tout les équipements et alimente un étage d'amplification (2) pour la mise en échelle du signal issu de la sonde afin d'être numérisé (3) et émis à un module de stockage et d'analyse (8) permettant de détecter les variations, de la grandeur physique mesurée, pour identifier tout équipement activé ou désactivé et de distinguer un équipement d'un autre équipement. 10 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le signal émanant de la sonde (1) est dirigé vers un filtre (11) afin d'en ôter d'éventuelles perturbations présentes sur le réseau électrique surveillé avant d'alimenter un convertisseur analogique/numérique (3) à travers un commutateur analogique (12) piloté par un module de gestion des sondes (4) qui active ou désactive le filtrage (11) selon le besoin. 15 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que plusieurs sondes (1) sont connectées à un multiplexeur analogique (10) et un module de gestion des sondes (4) afin de surveiller simultanément plusieurs réseaux distincts d'équipements et prélever les mesures de plusieurs grandeurs physiques distinctes. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un 20 module de stockage et d'analyse (6) doté d'une logique d'apprentissage et de classification identifie la signature électrique de tout équipement activé ou désactivé sur la base des variations des grandeurs physiques mesurées provoquées par la mise en ou hors service de l'équipement. 5) dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'un module de stockage et d'analyse (6) est doté de logique de prédiction afin de distinguer un comportement anormal des 25 équipements surveillés et transmettre au module de communication (7) les événements détectés par ledit module pour êtres mis à disposition d'équipements annexes de supervision ou d'alerte.