Brevet FR3125883A1 — publié le 20230203

Les états de fonctionnement de plusieurs équipements électriques d’un réseau électrique sont déterminés à partir de signatures harmoniques apprises au préalable pour ces différents états. Une signature harmonique définit la présence ou l’absence de composantes harmoniques pour un ou plusieurs signaux électriques et pour une ou plusieurs phases de ces signaux en cas de réseau triphasé. Les signatures harmoniques sont réapprises en cas d’évolution du réseau électrique. Une mesure régulière des harmoniques est effectuée sur le réseau électrique à l’aide d’un unique capteur en tête de réseau. La présence de certaines signatures harmoniques dans ces relevés d’harmoniques permet d’identifier les équipements électriques actifs, et leur état de fonctionnement. Une surveillance et un pilotage à distance sont ainsi possibles. Figure pour l’abrégé : Figure 6 SURVEILLANCE A DISTANCE D’EQUIPEMENTS ELECTRIQUES DANS UN RESEAU ELECTRIQUE La présente invention concerne le domaine de la surveillance et du pilotage à distance d’équipements électriques. La surveillance et le pilotage à distance d’équipements électriques dans un réseau électrique équipant un site professionnel, par exemple industriel ou tertiaire, requièrent la capacité à pouvoir déterminer à distance l’état de fonctionnement de ces équipements, typiquement état allumé, état en veille ou état correspondant à un mode spécifique de fonctionnement. La mise en place d’un capteur sur chaque équipement n’est pas une solution viable économiquement. Elle est en outre complexe à mettre en œuvre lors de l’installation de nouveaux équipements sur le site. D’autres solutions proposent d’identifier la présence d’un équipement à partir d’un paramètre électrique général. Notamment, la publication WO 201252868 propose d’utiliser la signature de courant (forme et amplitude) de chaque équipement électrique dans un réseau électrique domestique et de la corréler avec une mesure du courant général du réseau pour déterminer si chaque équipement est présent (actif) ou non. Cette solution présente certains inconvénients. Elle n’est dédiée qu’au domaine résidentiel équipé d’un réseau électrique monophasé et permet uniquement d’identifier, de façon binaire, la présence ou l’absence d’un équipement domestique. En outre, elle se repose sur des signatures qui sont préétablies de façon indépendante d’un équipement à l’autre. Aussi, celles-ci n’autorisent pas une forte évolutivité du réseau et notamment l’implantation de plusieurs équipements de même type pour lesquels les signatures de courant préétablies sont similaires. Il est donc un besoin général d’améliorer les techniques de surveillance des équipements électriques au sein d’un réseau électrique. Dans ce dessein, l’invention prévoit notamment un procédé de détermination de l’état de fonctionnement d’équipements électriques dans un réseau électrique comportant une pluralité d’équipements électriques, le procédé comprenant les étapes suivantes : - obtenir une pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par un capteur sur le réseau électrique, - déterminer un état de fonctionnement d’un premier équipement électrique en identifiant, parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique associée au premier équipement électrique. L’homme du métier comprendra que la signature harmonique est une signature électrique d’un équipement formée d’un ou plusieurs harmoniques d’au moins un signal électrique. Un harmonique est entendu au sens d’un coefficient correspondant à un multiple d’une fréquence fondamentale du réseau électrique, dans une décomposition spectrale du signal électrique. L’utilisation d’harmoniques comme marqueurs (donc signatures) des états de fonctionnement des équipements électriques offre avantageusement des signatures plus fines, permettant notamment la détection de plusieurs modes au sein d’un même équipement, mais également la présence de plusieurs équipements de même type au sein du réseau électrique. Les harmoniques permettent en effet d’établir des signatures propres à chaque mode des équipements en tenant compte du réseau électrique dans sa globalité, i.e. en fonction des équipements ajoutés ou retirés, actifs ou inactifs. De nouveaux équipements sans signature préconnue peuvent ainsi être ajoutés sans difficulté au réseau électrique. Par ailleurs, une telle signature harmonique est compatible avec tout type de réseau électrique, monophasé ou triphasé. Enfin, elle permet d’utiliser un unique capteur sur le réseau, généralement à proximité d’un point unique d’injection (source électrique), pour la surveillance de l’ensemble des équipements électriques, simplifiant donc une mise en œuvre matérielle de façon peu onéreuse. Corrélativement, l’invention concerne aussi un dispositif de détermination de l’état de fonctionnement d’équipements électriques dans un réseau électrique comportant une pluralité d’équipements électriques, le dispositif comprenant : - un module de mesure configuré pour obtenir une pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par un capteur sur le réseau électrique, - un module de détection configuré pour déterminer un état de fonctionnement d’un premier équipement électrique en identifiant, parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique associée au premier équipement électrique. Le dispositif présente les mêmes avantages que le procédé défini ci-dessus. Le dispositif peut faire partie d’un système plus large comprenant en outre le capteur, et optionnellement des moyens d’apprentissage pour générer les signatures harmoniques associées aux différents états de fonctionnement des équipements, optionnellement des moyens de commande du premier équipement électrique dans un nouvel état en réponse à l’étape d’identification. Des caractéristiques facultatives des modes de réalisation de l’invention sont définies ci-après. Certaines de ces caractéristiques sont expliquées ci-dessous en référence à un procédé, tandis qu’elles peuvent être transposées en caractéristiques de dispositif. Dans un mode de réalisation, obtenir une pluralité d’harmoniques comprend l’un parmi : - obtenir un ou plusieurs harmoniques sur plusieurs phases ou chaque phase d’une même grandeur (intensité/courant ou tension) d’un réseau triphasé, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique seulement, éventuellement sur une, plusieurs ou toutes les phases de courant en cas de réseau triphasé, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de tension électrique seulement, éventuellement sur une, plusieurs ou toutes les phases de tension en cas de réseau triphasé, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique et d’un signal de tension électrique, éventuellement sur une, plusieurs ou toutes les phases de chaque signal en cas de réseau triphasé. Les harmoniques sont compris ici comme de préférence de rang 2 ou supérieur. L’utilisation de plusieurs phases permet d’obtenir des signatures plus précises, et donc plus aptes à identifier de façon sûre les états des différents équipements surveillés. Selon une caractéristique particulière, le réseau électrique est un réseau triphasé. L’invention s’applique en effet de façon efficace aux sites professionnels et industriels. Dans un autre mode de réalisation, le réseau électrique a une topologie radiale où ledit capteur est située en tête de réseau, entre une source électrique, en amont, et lesdits équipements électriques, en aval. Le capteur est donc positionné à proximité de l’unique point d’injection (du courant électrique). De préférence, le réseau électrique comporte un unique capteur d’harmoniques. Aussi, une mise en œuvre peu onéreuse de l’invention peut être réalisée. Dans un mode de réalisation, le capteur est relié, via un réseau de communication (filaire ou sans fil), à un dispositif de contrôle configuré pour envoyer des commandes de changement d’état à un ou plusieurs desdits équipements électriques. L’invention offre ainsi un pilotage à distance des équipements basé sur la surveillance des états à partir des signatures harmoniques. Aussi, un contrôle plus précis des équipements est obtenu. Dans un mode de réalisation, la signature harmonique comprend l’un parmi : - un ou plusieurs harmoniques de plusieurs phases d’un signal électrique triphasé, - un ou plusieurs harmoniques de chacune des phases d’un signal électrique triphasé, - un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique et/ou d’un signal de tension électrique. Une signature est ainsi constituée de préférence d’un ensemble d’harmoniques répartis sur une ou plusieurs phases et/ou sur un ou plusieurs signaux. De préférence, la signature harmonique comprend au moins un harmonique de chacune des phases d’un signal de courant électrique triphasé et au moins un harmonique de deux phases d’un signal de tension électrique triphasé. Les inventeurs ont en effet constaté que cette disparité sur les différentes phases d’un réseau triphasé permet l’identification précise des états des équipements électriques indépendamment du nombre d’équipements dans le réseau électrique. Il n’est pas nécessaire, bien que cela soit possible, d’avoir un ou plusieurs harmoniques sur la troisième phase de tension . Dans un mode de réalisation, la signature harmonique comprend de 2 à 10, préférentiellement de 4 à 6, harmoniques par exemple parmi plus de 20, 30, 40, 50 ou 60 harmoniques d’une phase d’un réseau triphasé. Typiquement le choix peut être effectué parmi les 28 ou 62 premières harmoniques de rang 2 à 29 ou 63. Outre la liste des harmoniques la composant, la signature harmonique définit un critère quantitatif pour chacun d’eux, typiquement la présence d’une composante non nulle à cet harmonique ou la présence d’une composante nulle (ou sensiblement nulle) à cet harmonique. Ainsi, déterminer la présence d’une signature harmonique dans le signal d’harmoniques mesuré consiste à vérifier les critères aux différents harmoniques, notamment que les composantes mesurées à ces harmoniques satisfont bien des valeurs seuils (définissant la notion d’absence ou de présence d’une composante) telles que définies par la signature. Aussi, la signature harmonique peut comprendre au moins un harmonique sensiblement non nul et un harmonique sensiblement nul. En tenant compte des harmoniques nuls, les signatures peuvent être plus précises et donc offrir une meilleure surveillance des équipements électriques. Dans un mode de réalisation, la signature harmonique est associée à un premier état de fonctionnement parmi une pluralité d’états de fonctionnement du premier équipement électrique. Aussi, l’invention permet de déterminer, parmi la pluralité d’harmoniques (mesurés), la présence d’une signature harmonique associée au premier équipement électrique, puis d’identifier, comme état de fonctionnement du premier équipement électrique, l’état associé à la signature harmonique déterminée comme présente (en cas de présence d’une signature harmonique associée à cet équipement). Aussi, le premier équipement électrique est associé à une pluralité de signatures harmoniques différentes correspondant à une pluralité d’états de fonctionnement respectifs, typiquement un état de veille, un état allumé, ou un état de veille et plusieurs états correspondant à des modes de fonctionnement distincts (vitesse 1, vitesse 2, …, mode normal, mode économie, …). L’invention offre ainsi une surveillance et un contrôle précis à distance du fonctionnement des équipements électriques. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l’étape suivante : déterminer un état de fonctionnement d’un second équipement électrique en identifiant, parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique associée au second équipement électrique. L’invention permet ainsi de détecter simultanément (à partir de la même mesure – la même pluralité d’harmoniques) l’état de fonctionnement d’un grand nombre d’équipements. Chaque équipement peut être associé à deux ou plus états de fonctionnement (et donc à deux ou plus signatures harmoniques). Il est ainsi possible d’utiliser un unique capteur pour la surveillance à distance d’une flotte d’équipements électriques. La mise en œuvre matérielle de cette solution de surveillance est donc peu onéreuse. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - obtenir une seconde pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par le capteur sur le réseau électrique, - déterminer un changement d’état de fonctionnement du premier équipement électrique en identifiant, parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une seconde signature harmonique associée à un second état du premier équipement électrique différent de l’état de fonctionnement déjà déterminé. Aussi, l’invention permet un suivi dans le temps des changements d’états du premier équipement, mais également de façon similaire d’une pluralité d’équipements électriques. Il est ainsi possible de mettre en place un pilotage automatique et surveillé des équipements électriques du réseau. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de détermination (e.g. par apprentissage à l’aide d’intelligence artificielle telle un réseau de neurones) de signatures harmoniques associées à une pluralité d’équipements électriques, l’apprentissage consistant à déterminer une signature harmonique pour chaque état de fonctionnement de chacun desdits équipements électriques à partir de pluralités d’harmoniques mesurées par le capteur pour respectivement des combinaisons différentes d’états de fonctionnement des équipements électriques. Il s’agit ici de réaliser une phase d’apprentissage, hors exploitation des signatures harmoniques. Il peut par exemple être testé (et donc mesuré) toutes les combinaisons possibles d’états de fonctionnement des équipements (pilotables à distance), par exemple en les commandant à distance selon une campagne de test prédéfinie. Dans un mode de réalisation particulier, l’étape de détermination de signatures harmoniques est en réponse à un changement d’équipement électrique dans le réseau électrique, typiquement un ajout, retrait ou remplacement d’équipement. Bien entendu, des campagnes d’apprentissage peuvent également être prévues de façon périodique pour affiner les signatures harmoniques. Un autre aspect de l’invention concerne un support non transitoire lisible par ordinateur stockant un programme qui, lorsqu’il est exécuté par un processeur d’un dispositif informatique, amène le dispositif informatique à effectuer le procédé tel que défini ci-dessus. Au moins une partie des procédés selon l’invention peut être mise en œuvre par ordinateur. En conséquence, la présente invention peut prendre la forme d’un mode de réalisation entièrement matériel, d’un mode de réalisation entièrement logiciel (comportant les microprogrammes, les logiciels résidents, les microcodes, etc.) ou d’un mode de réalisation combinant des aspects logiciels et matériels qui peuvent tous être globalement appelés ici "circuit", "module" ou "système". De plus, la présente invention peut prendre la forme d’un produit de programme informatique incorporé dans tout support d’expression tangible disposant d’un code de programme utilisable par ordinateur incorporé dans le support. Étant donné que la présente invention peut être mise en œuvre dans un logiciel, la présente invention peut être incorporée sous forme de code lisible par ordinateur pour être fournie à un appareil programmable sur tout support adapté. Un support tangible ou non transitoire peut comprendre un support de stockage tel qu’un lecteur de disque dur, un dispositif de bande magnétique ou un dispositif de mémoire à semi-conducteurs et analogues. Un support transitoire peut comporter un signal tel qu’un signal électrique, un signal électronique, un signal optique, un signal acoustique, un signal magnétique ou un signal électromagnétique, par exemple un signal hyperfréquence ou RF (radiofréquence). D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après, illustrée par les figures ci-jointes qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. La illustre schématiquement un exemple de signature harmonique d’un équipement électrique par une représentation des composantes fréquentielles, selon un mode de réalisation de l’invention. La illustre schématiquement un autre exemple de signature harmonique d’un équipement électrique, selon un mode de réalisation de l’invention. La illustre schématiquement un système pour une mise en œuvre de l’invention. La illustre de façon schématique une structure matérielle du dispositif de contrôle de la selon des modes de réalisation de l’invention. La illustre de façon schématique une structure fonctionnelle du dispositif de contrôle de la selon des modes de réalisation de l’invention. La illustre un exemple de signature harmonique sur trois phases de courant triphasé, correspondant à un premier état d’un équipement électrique, selon un mode de réalisation de l’invention. La illustre un autre exemple de signature harmonique sur trois phases de courant triphasé, correspondant à un deuxième état du même équipement électrique, selon un mode de réalisation de l’invention. La illustre une série d’harmoniques mesurés sur le réseau électrique pour la détection du premier état de fonctionnement à l’aide de la signature harmonique de la . La illustre une série d’harmoniques mesurés sur le réseau électrique pour la détection du deuxième état de fonctionnement à l’aide de la signature harmonique de la . La illustre, à l’aide d’un logigramme, des étapes générales d’un procédé conforme à l’invention. Procédé de détermination de l’état de fonctionnement (E j ) d’équipements électriques (120) dans un réseau électrique (100) comportant une pluralité d’équipements électriques, le procédé comprenant les étapes suivantes : - obtenir (612) une pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par un capteur (140) sur le réseau électrique, - déterminer (616) un état de fonctionnement (E j ) d’un premier équipement électrique (k) en identifiant (614), parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique (S jk ) associée au premier équipement électrique. Procédé selon la revendication 1, dans lequel obtenir une pluralité d’harmoniques (612) comprend l’un parmi : - obtenir un ou plusieurs harmoniques sur plusieurs phases ou chaque phase d’une même grandeur d’un réseau triphasé, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique seulement, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de tension électrique seulement, - obtenir un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique et d’un signal de tension électrique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le réseau électrique (100) a une topologie radiale où ledit capteur (140) est située en tête de réseau, entre une source électrique (199), en amont, et lesdits équipements électriques (120), en aval. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la signature harmonique (S jk ) comprend l’un parmi : un ou plusieurs harmoniques de plusieurs phases d’un signal électrique triphasé, un ou plusieurs harmoniques de chacune des phases d’un signal électrique triphasé, un ou plusieurs harmoniques d’un signal de courant électrique et/ou d’un signal de tension électrique. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la signature harmonique (S jk ) comprend au moins un harmonique de chacune des phases d’un signal de courant électrique triphasé et au moins un harmonique de deux phases d’un signal de tension électrique triphasé. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la signature harmonique (S jk ) comprend au moins un harmonique sensiblement non nul et un harmonique sensiblement nul. Procédé selon l’une des revendications précédentes, le premier équipement électrique (k) est associé à une pluralité de signatures harmoniques différentes (S mk , S jk ) correspondant à une pluralité d’états de fonctionnement respectifs (E j , E m ). Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre l’étape suivante : déterminer (616) un état de fonctionnement d’un second équipement électrique en identifiant (614), parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique associée au second équipement électrique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes suivantes : - obtenir (612) une seconde pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par le capteur sur le réseau électrique, - déterminer (616) un changement d’état de fonctionnement du premier équipement électrique (k) en identifiant (614), parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une seconde signature harmonique (S mk ) associée à un second état (E m ) du premier équipement électrique différent de l’état de fonctionnement (E j ) déjà déterminé. Dispositif (130) de détermination de l’état de fonctionnement (E j ) d’équipements électriques (120) dans un réseau électrique (100) comportant une pluralité d’équipements électriques, le dispositif comprenant : - un module de mesure (1301) configuré pour obtenir une pluralité d’harmoniques d’un signal électrique mesuré par un capteur (140) sur le réseau électrique, - un module de détection (1302) configuré pour déterminer un état de fonctionnement (E j ) d’un premier équipement électrique (k) en identifiant, parmi la pluralité d’harmoniques, la présence d’une signature harmonique (S jk ) associée au premier équipement électrique. Support non transitoire lisible par ordinateur stockant un programme qui, lorsqu’il est exécuté par un processeur d’un dispositif informatique, amène le dispositif informatique à effectuer le procédé selon l’une des revendications 1 à 9.