Brevet FR3074929A1 — publié le 20190614

SYNCHRONISATION DANS UN SYSTEME DE TELECONDUITE D'UN RESEAU DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne les systèmes de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, et plus particulièrement la synchronisation des différents modules d'un tel système. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La fonction principale d'un réseau électrique est d'acheminer l'énergie depuis des centres de production jusqu'aux points de consommation, via le réseau électrique de transport puis via les réseaux de distribution électrique haute et basse tension. Le terme haute tension correspond à une tension supérieure à 1000 V. Un réseau de distribution électrique est classiquement équipé d'un système de téléconduite, dont les fonctions principales sont de surveiller l'état du schéma électrique notamment en mesurant un certain nombre de grandeurs (tension, intensité, fréquence), d'effectuer des commandes à distance par exemple par la commande d'organes de coupure (interrupteurs, sectionneurs) et de détecter et signaler des dysfonctionnements survenant sur le réseau électrique, en vue de localiser les défauts, les isoler, et restaurer l'alimentation des charges. Les systèmes de téléconduite conçus selon une architecture monobloc ne présentent pas de difficulté de synchronisation. Cependant, pour les systèmes de téléconduite qui présentent une architecture modulaire, la synchronisation des différents modules est devenue un point important. En effet, chaque module possède une horloge locale et il faut synchroniser toutes ces horloges et les traitements effectués par ces différents modules. S63725 FR ML-P 2 Par exemple, WO 2015/185151 décrit une synchronisation de dispositifs dans des sous-stations électriques. WO 2016/015769 décrit une synchronisation entre une horloge maître et une horloge asservie dans un réseau de communication. Ces deux documents mentionnent l'utilisation des caractéristiques de la 5 norme IEEE 1588 sur un réseau Ethernet. La précision temporelle est une exigence qui permet de réaliser des mesures de puissance. En effet, la puissance peut être calculée à partir du courant mesuré par un module et la tension mesurée par un autre module. La norme IEC 61557- 10 12 donne l'exemple d'une erreur de phase de 20 minutes d'angle qui ajoute 1% d'erreur pour une mesure de puissance active. A la fréquence de 60 Hz, cette erreur correspond à 15,4 us. En attribuant une moitié de cette erreur à la mesure de courant et l'autre moitié à la mesure de tension, il en résulte que l'écart maximal entre deux mesures faites simultanément entre deux modules différents pour faire des calculs à la précision requise 15 est de 7,7 us. La précision temporelle permet également de comparer des courants, par exemple des courants haute tension entrant et sortant d'une sous-station, ou encore courant haute tension entrant au primaire d'un transformateur et somme des courants relevés sur les départs basse tension du transformateur, et notamment leurs 20 composantes harmoniques jusqu'à des rangs élevés. Ces mesures sont utiles pour des pour des fonctions de protection ou des objectifs de qualimétrie du réseau. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en 25 fournissant un système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, comprenant un module central et une pluralité de modules de contrôle reliés entre eux par un réseau de communication, le module central et chacun de la pluralité de modules de contrôle comportant une horloge interne respective, caractérisé en ce que S63725 FR ML-P 3 Le module central est adapté pour envoyer à chacun de la pluralité de modules de contrôle un signal périodique de référencement des horloges des modules de contrôle, à l'aide d'un premier protocole de communication, Le module central est adapté pour envoyer à chacun de la pluralité de 5 modules de contrôle un signal périodique de synchronisation de mesure à une première fréquence, à l'aide d'un deuxième protocole de communication, Chacun de la pluralité de modules de contrôle est adapté pour utiliser le signal de synchronisation de mesure reçu pour générer un signal d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence. 10 Le signal périodique de référencement des horloges des modules de contrôle est transmis à l'aide du premier protocole de communication qui permet la diffusion d'une heure fiable. Le signal périodique de synchronisation de mesure à une première 15 fréquence est transmis à l'aide du deuxième protocole de communication qui permet la synchronisation des mesures entre modules. Grâce à l'invention, une précision temporelle plus importante que selon la technique antérieure est obtenue dans un système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique ayant une architecture modulaire. 20 Selon une caractéristique préférée, le premier protocole de communication est le protocole SNTP. Ce protocole est peu onéreux à mettre oeuvre. Selon une caractéristique préférée, le deuxième protocole de communication est le protocole PTP. Ce protocole permet une synchronisation précise et offre des capacités élevées de mesures, surveillance et gestion. 25 Selon une caractéristique préférée, le réseau est un réseau Ethernet. Selon une caractéristique préférée, le module central est adapté pour utiliser le signal de synchronisation de mesure reçu pour générer un signal d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence. Ainsi, le module central peut être utilisé comme un module de contrôle. S63725 FR ML-P 4 Selon une caractéristique préférée, la première fréquence est égale à 1 Hz. Selon une caractéristique préférée, la deuxième fréquence est égale à un multiple de 300 Hz. Ainsi, le système de téléconduite peut être utilisé indifféremment 5 dans des pays dont la fréquence réseau est 50Hz et dans des pays dont la fréquence réseau est de 60 Hz, sans modification. L'invention concerne aussi une sous-station d'un réseau de distribution électrique caractérisé en ce qu'elle comporte un système de téléconduite du réseau de distribution électrique tel que précédemment présenté. 10 L'invention concerne aussi un procédé de synchronisation dans un système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, le système comprenant un module central et une pluralité de modules de contrôle reliés entre eux par un réseau de communication, le module central et chacun de la pluralité de modules de contrôle comportant une horloge interne respective, 15 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : envoi par le module central à chacun de la pluralité de modules de contrôle, par le réseau de communication, d'un signal périodique de référencement des horloges des modules de contrôle, à l'aide d'un premier protocole de communication, envoi par le module central à chacun de la pluralité de modules de 20 contrôle, par le réseau de communication, d'un signal périodique de synchronisation de mesure à une première fréquence, à l'aide d'un deuxième protocole de communication, utilisation par chacun de la pluralité de modules de contrôle du signal de synchronisation de mesure reçu pour générer un signal d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence. 25 La sous-station d'un réseau de distribution électrique et le procédé de synchronisation présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés. S63725 FR ML-P 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles : 5 La figure 1 représente de manière schématique un système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, selon un mode de réalisation de l'invention, Les figures 2 et 3 représentent un module central et un module de contrôle du système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, selon un 10 mode de réalisation de l'invention, La figure 4 représente des signaux générés dans un module de contrôle du système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 5 représente un procédé de synchronisation mis en oeuvre 15 dans le système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, selon un mode de réalisation de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Selon un mode de réalisation préféré représenté à la figure 1, un 20 système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique présente une architecture modulaire. Seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention sont décrits et représentés. Le système de téléconduite équipe une sous-station STA du réseau qui comporte notamment des appareillages AP et des transformateurs T. 25 Le réseau de distribution électrique comporte notamment des sources d'énergie décentralisées SE et des charges C. Le système de téléconduite comporte un module central MC, ou module maître, qui gère toutes les fonctions du système, notamment les communications, la cyber sécurité et une interface opérateur. S63725 FR ML-P 6 Le module central MC est relié à un premier réseau de communication 1 de type réseau étendu WAN (d'après l'anglais Wide Area Network) auquel sont reliés différents système extérieurs au système de téléconduite. Ces systèmes extérieurs comportent notamment un système d'acquisition et de contrôle de données 2 de type 5 SCADA (d'après l'anglais Supervisory Control And Data Acquisition). Le système SCADA est un système de télégestion à grande échelle permettant de traiter en temps réel un grand nombre de télémesures. Ces systèmes extérieurs comportent également un système de gestion de données de référence 3. 10 Le module central MC est relié à un second réseau de communication 4 de type Ethernet auquel sont reliés des modules de contrôle MT. La topologie du réseau Ethernet 4 est par exemple en bus ou en « daisy chain ». Deux modules de contrôle MT ont été représentés à la figure 1, mais leur nombre est quelconque. Les modules de contrôle MT assurent la surveillance des différents 15 appareillages du réseau de distribution électrique, la gestion des entrées/sorties des équipements de contrôle/commande de ces appareillages, ainsi que la surveillance des mesures de grandeurs électriques et non-électriques et de la détection de défaillances telles que des court-circuits, surintensités, sous-tensions par exemple. Les modules de contrôle MT peuvent être de différents types. Par 20 exemple, certains peuvent être destinés à des appareillages haute tension et d'autres à des appareillages basse tension. Le module central MC possède une horloge interne qui est synchronisée avec une horloge externe HR de haute précision représentée à la figure 2. L'horloge interne Hmc du module central MC est ainsi très précise et sert de référence pour 25 l'ensemble du système de téléconduite. Il est à noter que l'horloge interne Hmc du module central MC continue de fonctionner en cas de coupure d'alimentation électrique. Chaque module de contrôle MT possède une horloge interne, qui n'est a priori synchronisée ni avec l'horloge des autres modules, qu'il s'agisse du module central ou des modules de contrôle, ni avec un système externe. Il est à noter que l'horloge S63725 FR ML-P 7 interne H5 d'un module de contrôle MT cesse de fonctionner en cas de coupure d'alimentation électrique. La figure 2 représente un exemple de mise en oeuvre de module central 5 MC et de module de contrôle MT, selon un mode de réalisation de l'invention. Dans cette figure, la synchronisation des horloges internes des modules de contrôle MT et du module central MC est plus particulièrement illustrée. Il s'agit ici de synchroniser des horloges de processeur qui seraient indépendantes sinon. Un seul module de contrôle MT a été représenté à la figure 2 pour la 10 simplifier, mais le nombre de modules de contrôle est quelconque. De manière générale, le nombre de modules de contrôle est supérieur à un. Le module central MC et le module de contrôle MT comportent chacun trois microcontrôleurs. Ils ont ainsi la même architecture et les mêmes entrées/sorties. Bien entendu, l'architecture à trois microcontrôleurs n'est qu'un exemple. 15 Un premier microcontrôleur MC1 du module central MC reçoit le signal d'horloge externe SHE transmis depuis l'horloge de référence HR, via le réseau 1. Le premier microcontrôleur MC1 du module central MC transmet à un premier microcontrôleur MT1 du module de contrôle MT le signal périodique SH de synchronisation des horloges des modules de contrôle via le réseau Ethernet 4. 20 Le signal SH est envoyé selon un premier protocole de communication, par le réseau de communication Ethernet 4. Le premier protocole de communication est par exemple le protocole SNTP, d'après l'anglais « Simple Network Time Protocol ». Le protocole SNTP permet de diffuser une heure fiable, qui sert de 25 référence pour tous les modules du système de téléconduite. Ce protocole est peu onéreux à mettre oeuvre. Le signal périodique SH de référencement des horloges des modules de contrôle a par exemple une fréquence de 1 Hz. Au sein d'un module donné, module central ou module de contrôle, le 30 signal périodique SH de référencement des horloges est transmis à chaque S63725 FR ML-P 8 microcontrôleur. Ainsi par exemple, au sein du module de contrôle MT, le premier microcontrôleur MT1 transmet le signal SH au second microcontrôleur MT2 et au troisième microcontrôleur MT3. Il en est de même au sein du module central MC. Selon un mode de réalisation, le signal SH de synchronisation est le 5 même que le signal d'horloge externe SHE transmis depuis l'horloge de référence HR. En variante, le premier microcontrôleur MC1 du module central MC élabore un signal SH de synchronisation différent du signal d'horloge externe SHE reçu. Cela peut notamment être le cas lorsque le module central reçoit un signal d'horloge externe par un autre moyen, par exemple via un récepteur GPS. 10 La figure 3 représente le même exemple de mise en oeuvre de module central MC et de module de contrôle MT qu'a la figure précédente. Dans cette figure, la synchronisation de mesures est plus particulièrement illustrée. Le premier microcontrôleur MC1 du module central MC transmet au 15 premier microcontrôleur MT1 du module de contrôle MT un signal périodique SM de synchronisation de mesure à une première fréquence. Le signal périodique SM de synchronisation de mesure a par exemple une fréquence de 1 Hz. Ce signal est envoyé selon un deuxième protocole de communication, par le réseau de communication Ethernet 4. 20 Le deuxième protocole de communication est par exemple le protocole PTP (d'après l'anglais Precision Time Protocol) et normalisé sous le nom IEEE 1588. Ce protocole permet une synchronisation précise et offre des capacités élevées de mesures, surveillance et gestion. Le signal périodique SM de synchronisation de mesure permet de 25 synchroniser les différents composants des modules de contrôle MT qui réalisent des acquisitions de données. Dans le module de contrôle MT, le premier microcontrôleur MT1 transmet un signal 51 de fréquence 1 Hz au deuxième microcontrôleur MT2 qui élabore un signal de fréquence supérieure. Par exemple, le deuxième microcontrôleur génère un 30 signal S2 de fréquence 1200 Hz. S63725 FR ML-P 9 Le deuxième microcontrôleur MT2 transmet le signal S2 de fréquence 1200 Hz au troisième microcontrôleur MT3 qui cadence les mesures à réaliser. Par exemple, le troisième microcontrôleur MT3 génère un signal S3 de fréquence 4800 Hz à partir du signal S2 de fréquence 1200 Hz qu'il reçoit. La fréquence du signal S3 est de 5 préférence un multiple de 300, de façon à couvrir simultanément les besoins des pays dont la fréquence réseau est 50Hz et ceux dont la fréquence réseau est de 60 Hz. Ainsi par exemple, une valeur de 9600 Hz peut également être envisagée. Le premier microcontrôleur MT1 transmet également le signal Si de fréquence 1 Hz au troisième microcontrôleur MT3 pour synchroniser le signal S3. Ainsi, 10 tous les signaux S3 générés par tous les modules de contrôle MT sont synchronisés. Il est à noter que dans le mode de réalisation représenté aux figures 2 et 3, le module central MC a la même structure que le module de contrôle MT. Le module central MC est donc apte à réaliser des mesures comme un module de contrôle MT. Dans ces conditions, le premier microcontrôleur MC1 du module central MC transmet un signal 15 S1 de fréquence 1 Hz au deuxième microcontrôleur MC2 qui élabore un signal de fréquence supérieure. Par exemple, le deuxième microcontrôleur génère un signal 52 de fréquence 1200 Hz. Le deuxième microcontrôleur MC2 transmet le signal 52 de fréquence 1200 Hz au troisième microcontrôleur MC3 qui cadence les mesures à réaliser. Par 20 exemple, le troisième microcontrôleur MC3 génère un signal 53 de fréquence 4800 Hz à partir du signal 52 de fréquence 1200 Hz qu'il reçoit. Le premier microcontrôleur MC1 transmet également le signal Si de fréquence 1 Hz au troisième microcontrôleur MC3 pour synchroniser le signal S3. Ainsi, le signal S3 généré par le module central MC est synchronisé avec les signaux S3 des 25 modules de contrôle MT. En variante, le module central MC peut être dédié à la gestion du système de téléconduite, sans capacité à faire des mesures. La figure 4 représente l'utilisation des signaux Si, S2 et S3 de 30 fréquences respectives 1Hz, 1200 Hz et 4800 Hz, par le module de contrôle MT. S63725 FR ML-P 10 Le module de contrôle MT effectue des mesures de courant et/ou de tension. On considère le cas où des mesures de courant et de tension sont effectuées. Les signaux acquis sont traités par des convertisseurs analogiques/numériques (non représentés) qui fonctionnent à 8000 mesures par seconde. 5 Dans une période du signal S2 de fréquence 1200 Hz, il y a donc six instants tu de mesure de courant et six instants tmu de mesure de tension. Il est à noter que comme le rapport entre 8000 Hz et 1200 Hz n'est pas un nombre entier, les instants de mesure sont décalés d'une période du signal S2 de fréquence 1200 Hz à la période suivante. Néanmoins, chaque période du signal S2 de fréquence 1200 Hz contient 10 toujours six instants tm, de mesure de courant et six instants tmu de mesure de tension. Grâce au signal S3 de fréquence 4800 Hz, les mesures de courant et de tension sont sous-échantillonnées à 4800 Hz par interpolation linéaire, de façon à obtenir des valeurs de mesures à quatre instants de mesure tINT dans une période du signal S2 de fréquence 1200 Hz. Dans une période du signal S2 de fréquence 1200 Hz, le premier des 15 quatre instants de mesure tINT correspond toujours au front montant du signal S2. Les trois instants de mesure tINT suivants sont prédéfinis avec un espacement de 208.33 us correspondant à 1/4800 Hz. Les instants tINT sont déterminés par calcul, donc sans dérive ni problème d'arrondi. Les instants tINT sont toujours calés de manière identique dans toutes les périodes du signal de fréquence 1200 Hz. 20 Par ailleurs, le signal S2 de fréquence 1200 Hz est cadencé par le signal Si de fréquence 1 Hz. Cela implique que tous les signaux S2 de fréquence 1200 Hz sont synchronisés. Ainsi, tous les instants tINT de tous les modules de contrôle sont synchronisés. En pratique, un écart peut apparaitre entre deux fronts montants de 25 deux signaux S2 de fréquence 1200Hz supposés simultanés, compte tenu des problèmes d'arrondi. Cet écart reste inférieur à 0,240 us. Cet écart ne s'accumule pas car il est remis à zéro toutes les secondes grâce au signal Si de fréquence 1 Hz. De plus, l'écart entre deux fronts montants de deux signaux Si de fréquence 1 Hz est maitrisé grâce au protocole PTP et est inférieur à 1 us. S63725 FR ML-P 11 Ainsi, même en considérant le cas le plus défavorable où les écarts seraient maximaux, l'écart entre deux échantillons de mesure provenant de deux modules de contrôle différents est au maximum de 1,240 us. 5 La figure 5 représente les étapes d'un procédé de synchronisation mis en oeuvre dans le système de téléconduite précédemment décrit, selon un mode de réalisation de l'invention. A l'étape El, le module central MC envoie aux modules de contrôle MT un signal périodique SH de référencement des horloges des modules de contrôle MT à 10 l'aide d'un premier protocole de communication, par le réseau de communication Ethernet 4. Le premier protocole de communication est par exemple le protocole SNTP, d'après l'anglais « Simple Network Time Protocol ». Le signal périodique SH de référencement des horloges des modules de 15 contrôle a par exemple une fréquence de 1 Hz. A l'étape E2, le module central MC envoie aux modules de contrôle MT un signal périodique SM de synchronisation de mesure à une première fréquence, à l'aide d'un deuxième protocole de communication, également par le réseau de communication Ethernet 4. 20 Le deuxième protocole de communication est par exemple le protocole PTP (d'après l'anglais Precision Time Protocol) et normalisé sous le nom IEEE 1588. Le signal périodique SM de synchronisation de mesure a par exemple une fréquence de 1 Hz. Les étapes El et E2 sont exécutées en parallèle. 25 L'étape E2 est suivie de l'étape E3, à laquelle chaque module de contrôle MT utilise le signal de synchronisation reçu SM pour générer un signal S3 d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, REVENDICATIONS1. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, comprenant un module central (MC) et une pluralité de modules de contrôle (MT) reliés entre eux par un réseau de communication (4), le module central et chacun de la pluralité de modules de contrôle comportant une horloge interne respective, caractérisé en ce que Le module central (MC) est adapté pour envoyer à chacun de la pluralité de modules de contrôle (MT) un signal périodique (SH) de référencement des horloges des modules de contrôle, à l'aide d'un premier protocole de communication, Le module central (MC) est adapté pour envoyer à chacun de la pluralité de modules de contrôle (MT) un signal périodique (SM) de synchronisation de mesure à une première fréquence, à l'aide d'un deuxième protocole de communication, Chacun de la pluralité de modules de contrôle (MT) est adapté pour utiliser le signal de synchronisation de mesure reçu pour générer un signal (S3) d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence. 2. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier protocole de communication est le protocole SNTP. 3. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième protocole de communication est le protocole PTP. 4. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réseau de communication (4) est un réseau Ethernet. S63725 FR ML-P 13 5. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module central (MC) est adapté pour utiliser le signal (SM) de synchronisation de mesure reçu pour générer un 5 signal (S3) d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence. 6. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première fréquence 10 est égale à 1 Hz. 7. Système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la deuxième fréquence est égale à un multiple de 300 Hz. 15 8. Sous-station (STA) d'un réseau de distribution électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de téléconduite du réseau de distribution électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 20 9. Procédé de synchronisation dans un système de téléconduite d'un réseau de distribution électrique, le système comprenant un module central et une pluralité de modules de contrôle reliés entre eux par un réseau de communication, le module central et chacun de la pluralité de modules de contrôle comportant une horloge interne respective, 25 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : envoi (El) par le module central à chacun de la pluralité de modules de contrôle, par le réseau de communication, d'un signal périodique de référencement des horloges des modules de contrôle, à l'aide d'un premier protocole de communication, S63725 FR ML-P 14 envoi (E2) par le module central à chacun de la pluralité de modules de contrôle, par le réseau de communication, d'un signal périodique de synchronisation de mesure à une première fréquence, à l'aide d'un deuxième protocole de communication, utilisation (E3) par chacun de la pluralité de modules de contrôle du 5 signal de synchronisation de mesure reçu pour générer un signal d'échantillonnage de mesure à une deuxième fréquence commune, plus élevée que la première fréquence.