Revue ABB 4-2014_72dpi

WreviewABB

Des postes intelligents 6Gestion volt-var optimise 23Des microrseaux lectriques 54Stockage dnergie 61

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Toute la lumire sur llectricit du futur

fr

La revuetechnologique

du Groupe ABB

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Le rseau lectrique est lun des grands moteurs de lactivit humaine, et la lumire artificielle, vue de lespace, sa premire manifestation sur Terre. La ville indienne de Mumbai, en couverture, en est un brillant exemple.

Lun des enjeux de llectricit du futur est lintgration de la production renouvelable dans le paysage nergtique. Tmoins ces oliennes et ces pylnes qui se dressent dans le ciel du Kent, au sud de lAngleterre, mariant tradition et innovation.

3

Sommaire

3

Le numrique en postePour tre intelligent , le poste lectrique sera numrique

Longue vuePrendre les devants pour aller aux limites

Dfaut encadrUne gestion fine et slective des dfauts diminue les pannes

nergie en quilibreGrer la tension et la puissance ractive amliore la distribution lectrique

Distribution davenirComment accrotre la capacit des rseaux pour accueillir la production dcentralise ?

Choc de connectivitLa dmarche Active Site dABB optimise le couplage entre microrseaux et grand rseau lectrique

Quand intelligent rime avec communicantLes technologies et supports de transmission des rseaux lectriques du futur

lectricit 2.0Une brve histoire des rseaux lectriques

MicrorseauxDe la dmonstration lintgration

Gestion des stocksIntgration des moyens de stockage dnergie dans le rseau lectrique

Port dattacheEfficience de la rduction des missions polluantes par le raccordement au rseau lectrique des navires quai

Lre de la virtualisationABB, pionnier dun nouveau cycle dinnovation industrielle

Tl-expert robotisLes robots de tlprsence ABB au service de la maintenance

Index 2014Tous les articles de lanne

Sommaire

Innovation

Rtrospective

Consommation & communication

Distribution

Transport 6 11

17

23

29

34

40

46

54

61

66

70

76

81

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dito

Ce numro dABB review est consacr la numrisation du secteur et son impact sur les diffrents niveaux et composants du rseau lectrique intelligent , des lignes de grand transport aux microrseaux, mais aussi aux systmes de contrle-commande et de communication qui permettent tous les maillons de cooprer et de dialoguer.

Ce fil conducteur est aussi loccasion de rappeler quABB review a sa version num-rique sur http://www.abb.com/abbreview.

Que ce dernier numro de lanne fasse toute la lumire sur les rseaux du futur, leurs enjeux et formidables potentialits, et sur la capacit dABB relever les nouveaux dfis de lintelligence lectrique !

Bonne lecture,

Claes RytoftDirecteur des technologiesDirecteur gnral adjointdu Groupe ABB

Chers lecteurs,Llectricit est omniprsente. Dans nos foyers comme au travail, en plein centre- ville comme aux confins de la civilisation, directement ou indirectement, elle nous accompagne partout. Vecteur nergtique sr, conomique et relativement discret, son transport et sa distribution font partie des premiers mtiers dABB, qui a toujours t aux avant-postes de la filire.

Loin davoir clos le chapitre du progrs, cet cosystme connat des transformations sans prcdent. Hier encore, quelques centrales de production alimentaient les grands foyers de consommation au gr des besoins, dans un continuum lectrique monodirectionnel. Aujourdhui, le foisonnement rapide dner-gies par nature intermittentes, comme lolien et le solaire, rebat les cartes : production et stockage se diffusent jusque chez le consom-mateur, qui peut lui-mme devenir producteur et ainsi inverser le flux lectrique. Cette volu-tion ne touche pas que les infrastructures de transport mais aussi les modes dexploitation de llectricit. quilibrer production et consommation ne consiste plus seulement faire concider loffre et la demande, mais les rguler au plus prs avec des systmes complexes de surveillance, de communica-tion et de commande tout au long de la chane lectrique.

La numrisation des rseaux lectriques

Claes Rytoft

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au sein de silos dinformation verticaux. ABB a toujours t un partisan convain-cu de la CEI 61850. Cette norme inter-nationale sur les rseaux et systmes de communication dans les postes se dcompose en plusieurs volets stipulant, entre autres, la faon dont il faut dcrire les fonctionnalits des quipements de poste, leur mode de communication, ainsi que le contenu et la vitesse des changes : tous lments fondamentaux pour tirer pleinement profit du poste numrique.

Au niveau du poste, les techniques numriques sont bien prsentes, mme dans des installations relativement anciennes. Les systmes de supervision et de conduite sappuient en effet sur

La signalisation numrique, gage de fiabilit, defficacit et de capa-cit, est utilise dans les infrastruc-tures de transport et de distribu-

tion dnergie depuis des dcennies. Pour preuve, les rseaux lectriques existants emploient dans leur grande majorit la fibre optique pour acheminer les don-nes dexploitation et de supervision des systmes dautomatisation de postes, et mme les courants porteurs en ligne transmettent des signaux de tlprotec-tion. Pour autant, ce nest que depuis peu que les avantages dune messagerie numrique normalise gagnent les postes lectriques.

NormalisationSans rfrentiel normatif, ladoption de la messagerie numrique pour la commu-nication entre postes ntait jusquici que fragmentaire, avec des signalisa-tions mutuellement incompatibles don-nant lieu une pluralit de messageries

STEFAN MEIER Si la vision idale de postes lectriques omniscients et communi-cants est longtemps reste dans les cartons, elle prend aujourdhui corps avec des ralisations concrtes qui prfigurent le rseau lectrique intelligent ou Smart Grid. Voyons-en les tenants et aboutissants.

Pour tre intelligent , le poste lectrique sera numrique

Le numrique en poste

PhotoDes postes lectriques entirement numriques, jusquaux transformateurs de courant ? Une technologie aux multiples avantages.

7Le numrique en poste

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faciles installer et en tous points aussi robustes et fiables que leurs homologues analogiques auxquels ils se substituent ou sinterfacent.

Capteur de courant optiqueLes exigences de robustesse et de fiabi-lit sappliquent aussi aux nouvelles technologies, comme le capteur de cou-rant fibre optique FOCS (Fiber-Optic Current Sensor) dABB [1]. Celui-ci peut directement surveiller le courant dans une ligne haute tension (HT) sans passer par un transformateur pour labaisser un niveau mesurable. Supprimer ce trans for-mateur de courant (TC), cest aussi ren-forcer la scurit en liminant le risque de circuits ouverts qui peuvent tre le sige de tensions dangereuses et fatales.

Un capteur de courant optique exploite lcart de phase dun faisceau lumineux polaris par un champ lectromagn-tique (effet Faraday) ; cet cart est direc-tement proportionnel au courant mesu-rer dans la ligne HT ceinture par la boucle optique qui conduit londe lumi-neuse. Numris la source, le signal de mesure est transmis par le bus de procd aux IED et aux compteurs dnergie.

Ce transformateur de courant optique est bien moins volumineux que son qui-valent analogique. Il peut mme sint-grer un disjoncteur-sectionneur (solution ABB depuis 2013) pour combiner les fonc-tions de disjoncteur, de TC et de section-neur dans un mme appareillage, divi-sant par deux lencombrement du poste.

des signaux logiques et cela fait plus de vingt ans quABB quipe en fibre optique les grandes artres de communication.

Dans la droite ligne de la CEI 61850, la fibre peut aussi vhiculer des donnes numrises entre les niveaux poste et tranche. Nanmoins, il faut encore tendre le champ daction de la norme pour ancrer le numrique dans les postes.

Mutation annonceAu-del de la tranche, lanalogique pr-domine encore. Lappareillage primaire classique, comme les transformateurs de courant et de tension, est toujours reli en fil fil aux dispositifs program-mables de contrle-commande et de pro-tection IED (intelligent electronic devices) sur un cblage cuivre vhiculant les mesures de courant et de tension 1a. Les IED qui rcuprent ces valeurs pour une premire analyse font souvent office de passerelle daccs au monde num-rique.

Il ny a pourtant gure dintrt conser-ver si longtemps ces donnes au format analogique. Pour quun poste soit num-rique, la transition doit se faire trs tt, ds que linformation est collecte 1b.

Une supervision permanente du systme rduit le besoin dinterventions manuelles sur lquipement et ladoption dun bus de procd 100 % numrique permet de dporter les matriels sensibles dans les tranches. Les quipements numriques destins lextrieur 2 doivent tre

La signalisation numrique, gage de fiabilit et de capacit, est utili-se dans le trans-port et la distribu-tion depuis des dcennies.

1 Poste lectrique et norme CEI 61850

1a Aujourdhui 1b Demain

CEI 61850-8-1

Bus de procdCEI 61850-9-2

CEI 61850-8-1

Bus de poste CEI 61850 Bus de poste CEI 61850 Remplace le cblageet les protocoles de communicationtraditionnels entre tranches

Vhicule les signaux numriques de posteet de procd, les valeurs analogiques,les donnes dtat et les commandes (acquises une seule fois)

Interface avec le terrain Liaisons en fil fil entre quipements primaires et secondaires

NCIT : transformateur de mesure non conventionnel

Relion 670 Relion 670 REB500 REB500Relion 650 Relion 650

SAM600

SAM600

NCIT

NCIT

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Bus de procdDans un poste lectrique, chaque brin de cuivre conducteur de courant est potentiellement dangereux. Un dfaut dinterruption du courant, dans le cas par exemple dun transformateur de courant secondaire ouvert, peut provo-quer un arc lectrique avec la monte en tension, et la ligne de cuivre brusque-ment vhiculer de hautes tensions dan-gereuses pour le personnel et le matriel. Moins de cuivre gal plus de scurit !

Le poste numrique saffranchit du cuivre grce au bus de procd fibre optique ou sans fil, tel le rseau Tropos dABB. La suppres-

sion du cuivre suffit dans certains cas justifier le passage au numrique. La quantit de cuivre prsent dans un poste peut ainsi fondre de 80 %. Lintrt est double : des conomies considrables mais aussi et surtout une scurit nette-ment accrue.

Le bus de procd est galement syno-nyme de souplesse. Les quipements num-riques peuvent dialoguer en direct 3 : le modle de transfert de donnes v-nementielles GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Events) de la norme CEI 61850-9-2 autorise la transmission rapide de donnes binaires et de mesures chantillonnes sur Ethernet. Ce proto-cole assure en temps voulu la fourniture de donnes prioritaires par des liaisons

Le numrique en poste

Le capteur optique fait partie des trans-formateurs non conventionnels NCIT (non-conventional instrument transfor-mers) capables de numriser toute la chane de mesure, avec les mmes exi-gences de fiabilit que les transforma-teurs de mesure classiques. ABB a four-ni plus de 300 NCIT associant capteurs de courant et de tension dans un appa-reillage isolation gazeuse pour le compte de lnergticien australien Powerlink Queensland, qui en est ce jour pleine-

ment satisfait. Le dploiement massif des NCIT dans les postes lectriques permet de gagner en simplicit, en compacit et en efficacit, moindre cot.

Tout ne peut pas tre numris : les transformateurs de courant et de tension traditionnels, par exemple, continueront de fournir des valeurs analogiques. Pas question pour autant de tout remplacer quand un concentrateur autonome peut assurer la numrisation, juste ct du transformateur de mesure existant. La fibre optique peut alors se substituer aux cbles cuivre reliant les quipements primaires aux IED.

Un capteur optique surveille directe-ment le courant circulant dans une ligne HT, sans pas-ser par un transfor-mateur de mesure.

2 Les nouveaux quipements dextrieur exposs aux intempries doivent tre trs robustes.

ABB a toujours prn et contribu ladoption de la CEI 61850.

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Ethernet traditionnellement imprvisibles. La gamme de commutateurs Ethernet ASF (Alert Standard Format) dABB prend totalement en charge cet aspect critique de la messagerie GOOSE dans les postes lectriques.

RalisationsDs le dbut, ABB a largement pris part llaboration de la CEI 61850. Outre son caractre fondamental pour garantir linteroprabilit des quipements de fournisseurs diffrents, la norme pro-cure, par le biais dessais de conformit, un rfrentiel auquel les constructeurs peuvent se mesurer.

La premire installation commerciale CEI 61850-9-2 dABB est le poste de Loganlea, construit en 2011 pour Power-link Queensland. Lemploi de concentra-teurs, dIED mais aussi de transforma-teurs de mesure non conventionnels ABB, tous normaliss, marquent un tour-nant dans lvolution conceptuelle des postes lectriques.

Partie intgrante de la modernisation dun poste existant, ce projet a ouvert la voie de la communication numrique CEI 61850. ABB sest appuy sur les spcifications de Powerlink pour crer une solution de remise neuf applicable cinq autres postes de lnergticien, candidats la modernisation.

Deux dentre eux, Millmerran et Bulli Creek, ont dj t rnovs, le premier en 2013, le second en 2014. Ils sont

quips dun systme de tlconduite MicroSCADA Pro SYS600 et dune pas-serelle RTU560 dABB qui gre les IED Relion 670 avec la protection de jeux de barres architecture dcentralise REB500. Tous deux communiquent par protocoles CEI 61850-9-2 avec les concentrateurs et CEI 61850 avec les quipements de poste.

Plus petit, plus fiable, plus sr et plus efficace que son homologue analogique, un poste entirement numrique bnfi-cie dun cot global rduit, dune main-tenance et dune extension facilites.

Les postes ne sont pas tous vous au numrique ! Cela dpend de leur taille, de leur type et de la nature du projet (nouveau poste ou modernisation du secondaire). chaque cas, sa solution et sa dmarche. La longue exprience dABB en matire de normalisation CEI 61850 ainsi que son vaste portefeuille de NCIT, de concentra-teurs, dIED et de solutions dautomatisa-tion de postes facilitent cette transition. La souplesse des solutions ABB permet aux nergticiens de sengager leur rythme dans la voie du contrle-commande numrique des postes lectriques.

3 La CEI 61850 fait du poste numrique une ralit.

Stefan Meier

ABB Power Systems

Baden (Suisse)

[email protected]

Le capteur optique, moins encombrant que son quivalent analogique, peut sintgrer un disjoncteur-section-neur pour combiner les fonctions de disjoncteur, de TC et de sectionneur dans un mme appareil, divisant par deux lencom-brement du poste.

Bibliographie[1] Bohnert, K., et al, Pleins feux : un capteur de

courant fibre optique dans un disjoncteur haute tension , ABB review, 1/14, p. 1217.

11

TORBEN CEDERBERG, RICK NICHOLSON Confronts lintgration des nergies renouvelables dcentralises, laugmentation des donnes remontes des quipements de puissance et de comptage volus, et limpratif defficacit oprationnelle, les rseaux de transport et de distribution dlectricit connaissent de profondes mutations. Devant ce surcrot de tches et de contraintes, leurs exploitants peuvent trouver une aide prcieuse dans les systmes avancs de tlconduite, de gestion de la distribution, de gestion active de la demande et danalyse de lactivit. Des outils intgrs doptimisation comme le gestionnaire Network Manager de Ventyx (socit ABB), bien implant dans la distribution lectrique, ainsi que son systme de matrise de la demande et son logiciel dinformatique dcisionnelle FocalPoint, concourent la gestion dynamique et proactive du rseau, au plus prs de ses limites.

Prendre les devantspour aller aux limites

Longue vue

Longue vue

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monodirectionnel ; ce sont aujourdhui des infrastructures dynamiques et comple-xes qui distribuent le flux dans les deux sens.

Nouveaux pilotesTributaire de la mto, la production dnergies renouvelables (EnR) est par nature intermittente. Si la capacit dune installation PV ou olienne long terme (un an, exemple) peut tre planifie avec une grande prcision laide dtudes mtorologiques, sa production quoti-dienne et horaire, trs fluctuante, ne peut tre prvue que deux trois heures lavance. Cela pose deux difficults aux gestionnaires de rseau : la puissance disponible, variable dans la journe, et les appels de puissance imprvus qui peuvent perturber le plan de tension (surcharges ou chutes), risquant de dsta-biliser le rseau.

La premire problmatique a jusquici t rsolue en rgulant la puissance du rseau par lajout de groupes tournants, cest--dire des centrales classiques et hydrolectriques qui peuvent tre trs vite mobilises en exploitant linertie de leurs machines tournantes. Pour autant, la solution se prte moins la prolifra-tion et lessaimage des EnR.

Les nergticiens ont traditionnellement lev la seconde difficult en rgulant lnergie ractive avec des inductances et des batteries de condensateurs, dont la connexion ou la dconnexion permet de minimiser le flux de puissance et les variations de tension. Si les systmes modernes de tlconduite et de gestion

volue de la dis-tribution intgrent pour la plupart des fonctions de pilo-tage de ces dispo-sitifs, les manuvres sont souvent manuelles ; autrement dit, ces systmes restent sous la sur-veillance et les ordres des oprateurs de conduite. Tant que

les rseaux traditionnels ne subissaient que quelques variations par an (souvent saison-nires), ce schma dexploitation conve-nait. Cest bien moins le cas aujourdhui o les rseaux doivent tre reconfigurs plusieurs fois par jour ou mme par heure !

La qute dune nergie durable et vertueuse nous pousse revoir le fonctionnement et la perfor-mance des rseaux de transport

et de distribution. Nombre de ressources nergtiques, limage du solaire photo-voltaque (PV) en toiture ou de lolien, mais aussi du stockage sur batteries, ne sont plus centralises mais rparties lchelle dun territoire.

Ce nouvel environnement nergtique mle des sources raccordes au grand rseau lectrique et une constellation de petites productions diffuses, injectes dans des

ouvrages qui nont pourtant jamais t conus pour les accueillir.

Les rseaux classiques ne se contentent plus de relier des producteurs et des consommateurs, dans un continuum

Photo p. 11Lintgration dnergies renouvelables met lpreuve les rseaux lectriques. Les solutions doptimisation ABB sont capables danticiper les difficults et dy remdier avant mme leur survenue.

Une nouvelle solution ABB doptimisation des rseaux de distribution sera capable de prvoir et de devancer les vnements dclencheurs dalarmes.

ment des composants individuels de la solution finale, grce une panoplie doutils demble combinables pour for-mer un tout fonctionnel et limiter par la suite les tches dintgration et de maintenance. Il est galement possible dopter pour une dmarche plus tradi-

tionnelle en dbu-tant avec seulement une poigne de ces composants et en les intgrant lexis-tant ou aux sys-tmes dautres four-nisseurs.

OptimiserLa conduite du rseau distingue habituellement deux

rgimes de fonctionnement : normal et dfaut. Sy ajoute prsent un troi-sime, qualifi de sous-optimal : dans ce cas, le rseau ne connat pas de graves perturbations mais il est en alarme et certains quipements de puis-sance pourraient tre exploits plus effi-cacement. Or ces signaux accaparent les oprateurs, au dtriment des tches doptimisation du rseau ou de mainte-nance systmatique. Dans certaines salles de conduite, les oprateurs sont sollicits outrance, augmentant la pro-babilit derreurs. Les nergticiens doivent donc tre mieux accompagns dans la mise en uvre des nouvelles

Nouvelles solutionsLa mission premire des systmes de tlconduite ou de gestion de la distribu-tion est de collecter les donnes du rseau et de fournir tout moment un instantan de son fonctionnement. Cela revient concrtement surveiller des

grandeurs lectriques analogiques comme la tension, lintensit, la puissance active et ractive, ainsi que ltat logique des appareillages de coupure. Sur dtection danomalie ou de franchissement de seuil, le systme met une alarme.

Pour tre efficace dans le rseau dner-gie moderne, un tel systme a besoin de fonctionnalits supplmentaires. Lint-gration des technologies de linformation (TI) et des technologies oprationnelles (TO) est au cur des nouvelles solutions de gestion des rseaux. ABB va encore plus loin en concevant et en testant ces fonctions intgres durant le dveloppe-

Longue vue 13

La qute dune nergie durable et vertueuse nous pousse revoir le fonctionne-ment et la performance des rseaux de transport et de distribution.

1 Synoptique de la solution ABB doptimisation de la distribution DSO

Matrise de la demande dnergie

(MDE)

Modle de rseau/Estimation dtat

Informatique dcisionnelleFocalPoint

Prvisions de la demandeNostradamus

SMHI*

Tlconduite

Donnes mto (historiques/prvisions)

Prvisions de charge et de production EnR

Demandes de rduction de charge

Pondrationdes postes

Topologie du rseau

Comptages

Tlmesures

*Swedish Meteorological and Hydrological Institute

vnements prdits

Suggestionsde rduction

14 ABB review 4|14

Le systme DSO rassemble les donnes prvisionnelles rapidement disponibles (charge et mto, par exemple) pour ali-menter un logiciel de calcul et dlabora-tion des courbes de production et de consommation court terme. Lajout de cette information la fonction logicielle qui reproduit le rseau (souvent dnom-me estimateur dtat dans les sys-tmes de gestion dnergie) donne une simulation du rseau, dont les tats de commutation sont rcuprs du systme de tlconduite en temps rel. On obtient ainsi une copie conforme du rseau rel, mais avec des grandeurs lectriques estimes plusieurs heures lavance (6 12 h le plus souvent, comme lhorizon prvisionnel). Cest l un bon compromis entre la prcision acceptable et le temps ncessaire pour reconfigurer le rseau 2 et envoyer un signal aux units participant

solutions de tl conduite et de gestion de la distribution.

Pour y remdier, le mot dordre est opti-misation . Reconfigurer en permanence le rseau en enclenchant et en dclen-chant des batteries de condensateurs et dinductances est un moyen de rguler les niveaux de tension et de les maintenir dans les plages rglementaires. Cest lobjet de loptimisation de la tension et de la puissance ractive VVO (Volt-Var Optimization) dans les rseaux de trans-port. La mise en charge symtrique des transformateurs, la surcharge temporaire et le suivi dynamique des lignes DLR (dynamic line rating) sont dautres tech-niques doptimisation qui conduisent une meilleure utilisation des actifs.

Reste savoir quel est le meilleur moment pour reconfigurer.

Prvoir pour prvenirIl a toujours t difficile de connatre ltat optimal du rseau assez rapide-ment pour pouvoir anticiper la manuvre. Lidal serait de prvoir et de devancer les vnements dclencheurs dalarmes. Si un rseau ragit plus vite aux fluctua-tions lectriques, il peut tre mieux exploit, donc mieux fonctionner et rduire ses pertes. De nouvelles applications, comme la solution ABB doptimisation de la distribution DSO (Distribution Sys-tem Optimization), vont dans ce sens 1.

La solution DSO rassemble efficace-ment les donnes prvisionnelles immdiatement disponibles (charge et mto, par exemple) pour alimenter un outil logiciel qui calcule et labore les courbes de pro-duction et de consommation court terme.

La matrise de la demande dnergie est un outil relative-ment nouveau pour quilibrer efficace-ment loffre et la demande.

2 Optimisation du rseau laide de valeurs calcules sur un horizon prvisionnel de 6 heures

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Temps

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Exploitationtemps rel

ExploitationSGCC

? Impact de labsence daction

Calculs futurs

Historiquede mesures

Systme de tlconduite principal Systme SGCC

+6 hHistorique Prvision

Action12

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matiquement leffacement de certaines consommations. Sont concernes au premier chef les installations de chauf-fage et de climatisation (ballons deau chaude sanitaire, pompes chaleur, etc.), une petite variation du confort ther-mique tant peine perceptible par le consommateur. Viennent ensuite, et lvidence dans une moindre mesure, les clairages, les poles lectriques, les tlviseurs et les ordinateurs. En retour, cette flexibilit est souvent rcompen-se par des incitations ; variables dun fournisseur lautre, elles sont perues comme un moyen de modifier durable-ment les habitudes de consommation et le comportement des usagers, enjeu majeur de cette volution.

Centrales lectriques virtuellesLagrgation de ressources de produc-tion distribues, pilotes de la mme faon que des charges MDE, donne lieu une centrale virtuelle . Ses capacits sont typiquement comparables celles dune centrale EnR lchelle du rseau. Dans les pays riches en gisements solaires et oliens, des chercheurs tra-vaillent actuellement sur les moyens co-nomiques et techniques de faire de ces centrales virtuelles des rserves tour-nantes. Le stockage dnergie massif sur batteries, capable de lisser les pics et creux de consommation, est lune des technologies candidates. Loprateur de conduite doit tenir compte de ces volu-

un programme de gestion optimale de la demande.

Pour la premire fois, le gestionnaire de rseau est en mesure de prvoir les alarmes et signalisations attendues dans un futur proche, et de prendre ainsi des dcisions claires et proactives. Le rseau gagne en efficacit, en stabilit et en fiabilit.

Mieux grer loffre et la demandeLa matrise de la demande dnergie (MDE) est un outil relativement nouveau qui permet aux fournisseurs dquilibrer finement la production et la consomma-tion. Lide est de modliser et dagrger des charges pilotables en une charge virtuelle limitant la pointe lectrique. En signalant cette charge, le fournisseur peut grer le profil de consommation et mieux faire concider la production toute heure du jour. Prcisons que pour les appareils domestiques cette solution diffre des anciens systmes qui pilo-taient et manuvraient la charge sans la participation ni laccord des utilisateurs finaux. linverse, la MDE requiert sou-vent ladhsion des clients au pro-gramme de gestion active de la demande.

Dans la pratique, une centrale de pilo-tage envoie des signaux aux participants ayant la capacit de paramtrer leur rponse la demande et, sur rcep-tion de la consigne, de procder auto-

Longue vue

3 Tableau de bord DSO utilisant loutil dinformatique dcisionnelle FocalPoint Les calculs abou-tissent un rseau simul, copie con forme du rseau rel, dont les gran-deurs lectriques sont estimes plusieurs heures lavance, avec le mme horizon temporel que les prvisions.

16 ABB review 4|14

tions quand il sagit de planifier les op-rations du rseau.

Tableau de bordLa solution DSO intgre un logiciel danalyse qui collecte les informations du rseau simul et cartographie les zones en alarme pour guider lopra-teur 3. Ce type doutil analytique, utili-s depuis quelque temps en informa-tique dcisionnelle, surtout en finance, gagne aujourdhui les salles de conduite pour faciliter la prise de dcisions tech-niques. Une fonctionnalit importante est de vrifier lexactitude et lexhaustivit de cette masse de donnes pour la convertir en informations intelligibles et exploitables.

Pilotage assistUne nouvelle gnration de systmes destins aider les nergticiens grer leurs rseaux de plus en plus vastes et complexes voit le jour. La solution DSO facilite le suivi et la prvision de la varia-bilit. Elle permet aux oprateurs de mieux grer la quantit croissante de donnes mises leur disposition. Dans une instal-lation pilote dE.ON en Sude, baptise Smart Grid Control Center (SGCC), DSO sera utilise paralllement au systme de tlconduite du dispatching 2 pour guider les oprateurs aux commandes dun rseau desservant plus dun million de clients : une premire dans le rseau de rpartition 50130 kV.

Ce pilote, qui tournera dans son propre environnement en lien troit avec la tl-conduite temps rel, ne suggrera que les actions excuter. Lexprience aidant, une intgration plus pousse per-mettra doptimiser directement la tl-conduite temps rel. Cette solution prfi-gure la prochaine gnration de sys-tmes de gestion volue et doptimisa-tion de la distribution lectrique, qui feront des oprateurs de conduite des pilotes proactifs de leurs rseaux.

Torben Cederberg

ABB Power Systems, Network Management

Vsters (Sude)

[email protected]

Rick Nicholson

ABB Power Systems, Network Management

Boulder (Colorado, tats-Unis)

[email protected]

La solution DSO est dote dun logiciel danalyse qui collecte les informations du rseau simul et cartographie les zones en alarme pour guider lop-rateur.

17Dfaut encadr

VINCENZO BALZANO La progression de l intelligence dans la distribution moyenne tension donne de plus en plus corps au rseau lectrique du futur. Celui-ci a notamment vocation amliorer la continuit de service en identifiant, en localisant et en isolant un dfaut le plus vite possible, mais aussi en rduisant au minimum le nombre de dispositifs hors service pour alimenter au mieux les clients. Certes, dfauts et pannes ont toujours

exist sur le rseau, mais ils sont devenus plus frquents avec le raccordement croissant de productions dorigine renouvelable. Pour en attnuer limpact, amliorer la continuit et la qualit de la fourniture, ainsi que le rendement du rseau tout en minimisant les pertes, les quipements de surveillance doivent faire preuve dintelli-gence et de ractivit.

Une gestion fine et slective des dfauts diminue les pannes

Dfaut encadr

18 ABB review 4|14

service lectrique : le nombre moyen de minutes dinterruption par client et par an SAIDI (system average interruption duration index) et le nombre moyen dinterruptions par client et par an SAIFI (system average interruption frequency index). Ils servent de mesures-talons aux autorits et organismes de rgulation pour dcider dune amende ou en fixer le montant, par exemple.

Ces indicateurs, qui ne portent que sur les incidents inopins, ont le mme mode de calcul. Sils ne tiennent pas compte des coupures brves, la dure dinterruption admissible, variable dun

endroit lautre, est fixe par le rgula-teur local.

Le SAIDI est un indicateur dindisponi-bilit de fourniture annuel, qui renseigne sur le nombre moyen de minutes sans alimentation. Ds signalement dun inci-dent au distributeur et chance dune

Lorsquun dfaut se produit en un point du circuit de distribution lectrique, il est impratif de lidentifier, de le localiser et de

lisoler au plus vite. Si les disjoncteurs servent isoler le tronon de ligne en dfaut, il faut minimiser les manuvres pour viter linterruption de fourniture. En parallle, il importe de rapprovision-ner sans dlai le maximum de clients en redirigeant le courant vers les zones pargnes.

Outre les dsagrments occasionns au consommateur, ces dfaillances grvent le budget des gestionnaires de rseaux de distribution (GRD) et nuisent la pla-nification des res-sources, ainsi qu lefficacit et la rentabilit des op-rations. Les GRD sont de plus en plus dans le colli-mateur des ins-tances de surveillance et de rglementa-tion habilites infliger des pnalits et des amendes. Do leur motivation viter les pannes !

Des indices qui comptentDeux grands indicateurs systme per-mettent de caractriser la continuit du

Tout dfaut surve-nant dans le circuit de distribution doit tre identifi, loca-lis et isol le plus vite possible.

La slectivit logique entre en jeu quand il faut rduire notablement le nombre et la dure des pannes.

Photo p. 17Pour continuer alimenter un maximum de clients sur apparition dun dfaut, le tronon isoler doit tre le plus court possible. Quels sont les produits et stratgies dont disposent les gestionnaires de rseau pour viter la coupure ?

1 Quatre niveaux logiques dautomatisation fonctionnelle

Surveillance tat des

interrupteurs et des dfauts MT

Mesure BT



Mesure BT

Commande Manuvre des

interrupteurs MT

Mise niveau de lautomatisation(installation existante)

Solution dautomatisation et quipement primaire (installation neuve)

Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

Niveau 4


interrupteurs MT

Mesure Mesures MT

prcises

Mesure Mesures MT

prcises

Protection Disjoncteurs

rseau


interrupteurs MT



Mesure BT



Mesure BTva

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19

La FDIR vise principalement accrotre la fiabilit du rseau en rduisant la dure des pannes intempestives. Elle permet notamment damliorer le service la clientle et daugmenter les gains du fournisseur. Elle diminue galement le cot de la reprise de service ainsi que le risque damendes et de litiges.

La slectivit logique entre en jeu lors-quil faut rduire notablement le nombre et la dure des pannes. Elle permet en effet disoler rapidement un dfaut, avec le grand avantage de ne concer- ner que les usagers directement tou-chs. Sa mise en uvre peut obliger investir dans des quipements pri-maires (disjoncteurs, protections norma-lises CEI 61850 dans les postes secon-daires ou renclencheurs sur poteau) et dans une infrastructure de communi-cation performante, faible temps de latence.

Ces deux parades peuvent intervenir plusieurs niveaux : Dgal gal : groupe dorganes de

coupure ou dquipements dextrieur travaillant lunisson pour rtablir au mieux lalimentation ; au sein dun poste ou entre plusieurs postes voisins : contrle-commande coor-donn des appareillages ou quipe-ments dextrieur ;

temporisation prdfinie, le compteur se met tourner.

Le SAIFI porte sur la frquence des pannes. Chaque nouvel incident dpas-sant la dure prdfinie incrmente lindi-cateur, quelle quen soit la dure effec-tive. Cela donne le nombre annuel de coupures par client.

Un troisime indicateur CAIDI (customer average interruption duration index), cette fois de fiabilit, comptabilise la dure moyenne des interruptions par client ; il sobtient en divisant le SAIDI par le SAIFI.

Les grandes entreprises dlectricit sappuient sur ces indices pour provi-sionner chaque anne plusieurs millions de dollars au titre des amendes dues pour fourniture non conforme. Une bonne gestion des dfauts et des pannes permet donc de les amliorer et de rduire le risque de lourdes pnalits.

Gestion des dfauts et slectivit logique Il existe deux grandes mthodes pour remdier aux dfauts et pannes, et am-liorer la continuit de service : La dtection des dfauts avec

isolation et rtablissement FDIR (fault detection, isolation and restoration) ;

La slectivit logique.

Dfaut encadr

Outre le dsagr-ment pour le client, les dfaillances ont un cot non ngligeable et des consquences nfastes sur la planification des ressources, leffi-cacit et la rentabi-lit du rseau.

2 Le REC615 est un IED conu pour le contrle-commande distance, la protection, lindication de dfaut, lanalyse de la qualit de londe et lautomatisation du rseau.

20 ABB review 4|14

les a classs en quatre niveaux fonction-nels 1.

Le niveau 1, solution de base, inclut la surveillance de la totalit du poste secondaire ainsi que la mesure de cou-

rant, de tension et de puissance ct basse tension (BT).

Le niveau 2 lui ajoute la commande dap-pareillages primaires moyenne tension (MT) et BT. La FDIR intervient ici avec des dispositifs comme les contrleurs sans fil REC603 dABB, qui permettent de piloter et de surveiller distance les appareillages de postes secondaires, tels que les tableaux monoblocs (RMU) quips dinterrupteurs-sectionneurs.

En centralis : coordination du contrle-commande stendant lensemble du rseau de distribution.

Elles prsentent des avantages suppl-mentaires en termes de rduction des pertes financires et damlioration de la rputation du fournisseur dnergie vis--vis des clients, actionnaires et rgulateurs.

Automatismes de rseau La surveillance et la correction des pannes rseau font appel des automa-tismes volus. ABB dispose pour cela dun vaste portefeuille de produits intel-ligents : tableaux de distribution pri-maire UniGear Digital, tableaux mono-blocs isolation gazeuse SafeRing/Safe-Plus et appareillages isols dans lair UniSec pour postes secondaires, sec-tionneurs Sectos et renclencheurs OVR pour appareillage dextrieur, postes compacts UniPack-G, dispositifs de com-mande et de protection RER/REC601, 603, 615 et entres-sorties dportes RIO600, armoires basse tension GAO/GAI pour mise niveau dinstallations dintrieur et dextrieur.

De multiples tudes ayant dmontr quune offre taille unique ne convenait pas ces automatismes de rseau, ABB

Les gestionnaires de rseau sap-puient sur des indicateurs de per-formance pour pro-visionner chaque anne plusieurs millions de dollars au titre des amendes pour fourniture non conforme.

De multiples tudes ont dmontr quune offre taille unique ne conve-nait pas aux auto-matismes de rseau.

3 Isoler un dfaut avec intelligence minimise les perturbations.

GOOSE GOOSE GOOSE GOOSE GOOSE GOOSE

Poste primaire A Poste primaire B

Postes secondaires

T2 dans poste secondaire < T1 dans poste primaire

T1 = temps de manuvre du disjoncteur de protection


Isolation du dfaut

Dfaut

Protection manuvre autorise dans le sens oppos la surintensit

Protection manuvre bloque dans le mme sens que la surintensit

Sens de la surintensit


21

centaines de millisecondes, contre plu-sieurs minutes pour la FDIR.

Pour que cette slectivit donne la pleine mesure de sa performance, la communi-cation doit tre trs rapide (quelques dizaines de millisecondes entre deux nuds du rseau). Elle utilise gnrale-ment un protocole CEI 61850 autorisant la multidiffusion entre dispositifs de mme niveau. La norme CEI 61850 dfinit un modle GSE (Generic Substation Event) de transfert rapide et fiable des donnes sur le rseau de poste, qui garantit que plusieurs dispositifs reoivent le mme message vnementiel. La messagerie GOOSE est une sous-rubrique de GSE.

En fait, lalgorithme de slectivit sup-pose que ce dbit est lev entre les postes de la ligne MT concerne et les relais de protection correspondants. En cas de dfaut, les relais affects cette zone changent des informations, puis seuls les postes immdiatement en aval et en amont du dfaut reoivent lordre de manuvre des disjoncteurs. Lalgo-rithme doit mettre fin au dfaut dans le dlai imparti, aprs ouverture du disjonc-teur dans le poste primaire 3.

Le choix de dispositifs normaliss CEI 61850, comme les disjoncteurs, et dun rseau de transmission faible latence permet de dployer la slectivit logique grande chelle dans le rseau de distribution secondaire. La dtection prcoce des dfauts et le rtablissement rapide rduisent le nombre et la dure moyenne des coupures chez le client. Dans un contexte o les autorits de rgulation et les pouvoirs publics res-serrent leur surveillance des indicateurs SAIDI, SAIFI et autres mesures de perfor-mance, les distributeurs lectriques ne peuvent que se rjouir de ce progrs !

La hausse de la demande dlectricit et la multiplication des productions renouvelables mettent le rseau rude preuve et obligent de plus en plus scruter les pannes intempestives. Tout gestionnaire de rseau avis saura tirer parti de la technologie pour mieux grer les dfauts et les pannes, rduire les dpenses dexploitation, amliorer la fia-bilit de service et acclrer ainsi la mue du secteur nergtique.

Le niveau 3 senrichit dune mesure pr-cise de courant, de tension et de puis-sance en MT. Le flux lectrique est ainsi gr par des instruments et des disposi-

tifs lectroniques intelligents IED (intelli-gent electronic devices) : une exigence lheure dintgrer des productions dcentralises au rseau de distribution.

Le niveau 4 constitue la solution la plus complte au plan technologique. Les disjoncteurs, sur les arrives ou dparts de lignes, et les relais de protection sont essentiels pour grer la slectivit logique et amliorer la performance des topolo-gies, de la plus simple (radiale) la plus complexe (maille).

On trouve ce niveau des IED, tels que le REC615 2 qui amliore la fiabilit du rseau laide de fonctionnalits allant de la simple protection non directionnelle contre les surcharges la protection tendue avec analyse de la qualit de londe lectrique. Sont ainsi protgs les lignes ariennes et les cbles dans les rseaux neutre isol, rsistant ou la terre, ainsi que dans les rseaux com-penss. Outre cette fonction premire, le REC615 se charge galement du contrle- commande de plusieurs objets avec une technologie classique ou base de cap-teurs. Programmable avec la messagerie horizontale GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Events), qui permet des fonctions avances dinterverrouil-lage, il gre galement des protocoles de communication spcifiques comme CEI 60870-5-101 ou CEI 60870-5-104.

Slectivit logiqueAu niveau 4, la slectivit logique diminue le nombre de pannes sans isoler du rseau les usagers qui ne sont pas directement touchs par le dfaut. Louverture rapide du ou des disjoncteur(s) voisin(s) peut aussi isoler rapidement le tronon fautif et ramener la dure du dfaut quelques

Dfaut encadr

Vincenzo Balzano

ABB Power Products

Dalmine (Italie)

[email protected]

En cas de dfaut, seuls les disjonc-teurs des postes immdiatement en aval et en amont souvrent.

22 ABB review 4|14

23nergie en quilibre

La gestion active de la demande et loptimisation de la tension et de la puissance ractive VVO peuvent trs efficacement rduire la pointe lectrique.

Grer la tension et les flux de ractif nest pas une nou-veaut pour les nergticiens, qui ont beaucoup fait, ds les

tout premiers rseaux de distribution, pour contrer les effets de la puissance rac-tive et des chutes de tension. De mme, matriser les niveaux de tension et les pertes lectriques sur les lignes garantit la tenue de la tension dans les plages rglementaires et contractuelles. Il en va du bon fonctionnement des quipements chez le consommateur et de loptimisa-tion du facteur de puissance, qui permet de rduire les pertes ractives.

De nombreux fac-teurs influencent cette gestion VVO, notam-ment la nature de la charge, qui peut tre rsistive (lampes, par exemple) ou induc-tive (moteurs, etc.). Lintgration de la production dcen-tralise (photovol-taque, par exemple), du stockage dnergie diffus, des infrastruc-tures de recharge de vhicules lec-triques et des microrseaux ajoute la complexit de la distribution lectrique et de la gestion VVO sur les lignes.

GARY RACKLIFFE Les distributeurs dnergie se doivent en permanence damliorer la performance du rseau, de mieux grer les niveaux de tension sur les lignes, de rduire les pertes lectriques et les pointes de consom-mation. Mais ce nest pas tout : le cot de laugmentation des capacits ou de la production en pointe, de mme que les contraintes dimplantation et denvironnement, les ont amens chercher des solutions plus efficaces pour rpondre la demande avec les moyens existants. Loptimisation de la tension et de la puissance ractive VVO (Volt-VAr Optimization) sinscrit dans cette dmarche.

La gestion de la tension et de la puissance ractive amliore la distribution lectrique

nergie en quilibre

Photo p. 22Lintgration croissante des nergies renouvelables et le foisonnement de charges plus exigeantes obligent les rseaux lectriques fonctionner aux limites. La gestion optimise de la tension et de la puissance ractive relve le dfi.

Une VVO optimise a aussi des inci-dences sur linvestissement en infrastruc-tures. Les pointes de consommation (moins de quelques centaines dheures par an) peuvent tre efficacement limi-tes dans un systme lectrique par une gestion active de la demande sur le rseau, dont le pilotage dynamique des charges et loptimisation VVO. Cet cr-tage vite en effet les coteux investisse-ments en capacits de production.

Pour autant, la complexit et la dyna-mique des lignes de distribution rendent lopration des plus dlicates.

Rgulation de tensionLa rgulation de tension est lune des principales composantes de la VVO. Elle consiste grer la tension de ligne sous diffrents rgimes de charge. Les trans-formateurs de poste, quips de rgleurs

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puissance et permet de raliser dimpor-tantes conomies en nergie, en capacit et en infrastructure.

Lintgration de la rgulation de tension et de la gestion de puissance ractive permet un abaissement contrl de la tension, dans les limites permises aux points de livraison. Cette solution CVR (conservation voltage reduction) diminue encore les pertes et la consommation nergtique totale, mais aussi les besoins en capacits de production et les mis-sions. La rduction de la demande peut atteindre classiquement 2 4 % : un atout pour les entreprises lectriques soumises des contraintes de capacit ou une surfacturation des pointes de consomma-tion dans leur contrat dachat dnergie.

Le temps de la communicationLa tlcommande radio centralise, appa-rue il y a une trentaine dannes, a cd la place aux transmissions bidirection-nelles qui ont permis une gestion VVO en boucle ferme. De nos jours, des cap-teurs volus et des automatismes de terrain communicants grent les tensions de ligne et les transits de puissance ractive. Ils chantillonnent en continu les valeurs de charge et de tension le long des circuits dalimentation et enclenchent des dispositifs compensateurs pour rele-ver le facteur de puissance, grer la ten-sion et rduire la demande. Ils automa-tisent galement la rduction CVR.

en charge et de rgulateurs de tension, participent au rglage des tensions de service, en priorit dans les rseaux de distribution radiaux. Cette optimisation amliore la qualit de londe en vitant les surtensions ou sous-tensions, et lisse le profil de tension sur tout le parcours de la ligne.

En rgle gnrale, les systmes lec-triques ont besoin aussi bien de puis-sance active, exprime en watts (W), que de puissance ractive, mesure en volt-ampres ractifs (VAr). La premire, pro duite par une gnratrice, permet daccomplir le travail utile chez le client ; la seconde peut tre fournie par un alter-nateur ou, localement, au plus prs des charges, par une batterie de condensa-teurs ou un onduleur PV rversible. Si cette nergie ractive ne produit rien, elle nen mobilise pas moins une partie de la fourniture lectrique. Les compen-sateurs de puissance ractive sont desti-ns rduire ou liminer cette compo-sante improductive, et diminuer les pertes. Or injecter du ractif sur le rseau provoque des chutes de tension impor-tantes et des pertes supplmentaires ; les nergticiens prfrent donc la solution locale. Compte tenu de la variation de charge sur les lignes, ils connectent des dispositifs de compensation de type condensateurs (au niveau des postes ou sur les lignes) en priodes de forte demande et les dconnectent en priodes creuses. Cette optimisation amliore le facteur de

La gestion optimi-se des niveaux de tension et des pertes en distribu-tion garantit le maintien de la tension dans les plages rglemen-taires.

1 Batterie de condensateurs ABB


mise disposition de capteurs compti-tifs, dappareils intelligents et de trans-missions, ont favoris le dploiement de systmes VVO performants.

Solutions ABBLoffre VVO dABB se dcline en trois systmes qui grent et pilotent les niveaux de tension et les flux de ractif dans le rseau de distribution.

Logiciel VVMS

Le logiciel VVMS (Volt-VAr Management Software) est un systme volutif de ges-tion de tension et de puissance ractive en boucle ferme. Il chantillonne en permanence charges et tensions sur les circuits dalimentation pour basculer au moment opportun des compensateurs de type condensateurs, rgulateurs de

tension de ligne, rgleurs en charge de transformateurs, etc. VVMS peut agir en autonome ou sintgrer aux sys-tmes de tl-conduite ou de ges-tion de la distribution. Interoprable avec

un grand nombre de ces systmes, mais aussi avec des quipements de contrle- commande et de transmission, il courte le temps de mise en uvre chez le client, protge ses investissements et lui laisse le libre choix du matriel et des solutions de communication les plus appropris.

ModlisationPlusieurs facteurs plaident pour lutilisa-tion de modles de rseau de distribution dans lenvironnement oprationnel. Au dbut des annes 1990, ces modles ont com-menc migrer de lunivers de la planifi-cation celui de lexploitation. Linter-connexion des systmes, limplantation des protections et appareils de commutation, ainsi quune meilleure connaissance du site client ont permis daffiner la prdiction des pannes avec, la cl, des interruptions de service courtes et une plus grande efficacit des quipes dintervention.

cela sajoutent dautres motivations, cette fois dordre conomique, comme la rduction de la demande, lefficacit nergtique, une meilleure utilisation des actifs et une connaissance plus pousse

de ltat du rseau. Sous langle tech-nique, citons laugmentation de la puis-sance de calcul pour traiter de grands modles de distribution et les investisse-ments croissants dans des systmes dinformation gographique (SIG) per-fectionns. Ces facteurs, ainsi que la

La VVO modlise a eu un impact majeur sur la distribution.

Labaissement contrl de la tension rduit encore les pertes, lnergie totale consomme et les missions.

2 Interrupteurs sous vide PS 3 Commande volue de condensateurs ABB CQ900

26 ABB review 4|14

de batteries de condensateurs entre lignes, ainsi que les variations de charge. Sont ainsi dveloppes des solutions opti-males qui tiennent compte de la topolo-gie des circuits et des distances entre lignes affectant les niveaux de tension et le transit de ractif sur toute la ligne.

Lapplication optimise sous forme math-matique les rglages de chaque disposi-tif au moyen dun modle de rseau tir du SIG. Elle utilise pour cela trois types de variables de rgulation : les batteries de condensateurs commutables, les rgula-teurs de tension de ligne et les rgleurs en charge des transformateurs.

La VVO modlise permettra galement de lever les nouveaux cueils de la distri-bution lectrique que sont laugmenta-tion de la production renouvelable aux niveaux de tension de la distribution, lautomatisation croissante des fonctions de localisation de dfauts et de reprise de service, le dveloppement de la sur-veillance des systmes et de la gestion des actifs, et le dploiement de la recharge de vhicules lectriques.

Arsenal ABBABB fournit une gamme complte dquipements et dinfrastructures pour pauler la gestion VVO.

Ses batteries de condensateurs adap-tes la distribution sont un moyen conomique de soutenir la tension, de rduire les pertes, de librer de la capa-cit et dliminer les pnalits dues un mauvais facteur de puissance 1. Pr-

Systme DMS600 VVCS

Le systme de rgulation de tension et de puissance ractive VVCS (Volt-VAr Control) assure toutes les fonctions de tlconduite et loptimisation VVO. Celle-ci sappuie sur les informations de la base de donnes de gestion de la distri-bution DMS600 et sur des seuils para-mtrs pour dterminer la meilleure confi-guration associant batterie de conden-sateurs et rgulateur de tension. Lappli-cation VVCS ne ncessite pas de modle complet de systme de gestion de la distribution ; elle utilise des mesures rcupres de la tlconduite et des consignes configures pour dterminer la solution optimale. Celle-ci est excu-te par commande manuelle ou tlcom-mande automatique des batteries de condensateurs et des positions de rgleurs sur les rgulateurs de tension. VVCS fournit galement des outils de gestion complte de la topologie rseau, laide de modles SIG classiques, ainsi que des donnes dtat temps rel, une analyse des connexions et une reprsen-tation topologique de la distribution.

VVO modlise

Cette application utilise ltat du systme en fonctionnement, y compris les mises jour en quasi temps rel issues des systmes de tlconduite et de gestion de pannes. Elle permet aux distributeurs de maintenir le rglage prcis de la tension ncessaire la mise en uvre de la rduc-tion CVR, sans franchir les seuils de tension du client. Les systmes modliss relvent instantanment les modifications du rseau, notamment les transferts de charge et

4 Capteurs DistribuSenseTMLa VVO modlise utilise ltat du systme en fonc-tionnement, y com-pris les mises jour en quasi temps rel issues des systmes de tl-conduite et de gestion de pannes.


VVO modlise pour maximiser la perfor-mance et la fiabilit de ses rseaux tout en rduisant considrablement les pointes, les pertes et les cots de fonctionnement.

Si un nergticien verticalement intgr peut en outre optimiser le facteur de puis-sance, il lui faut alors produire moins dnergie pour rpondre la demande : cest autant de gagner sur la consomma-tion dnergies fossiles, au bnfice de lenvironnement. De surcrot, une bonne correction du facteur de puissance vite les pnalits imposes au-del dun seuil contractuel. Des stratgies comme la rduction CVR peuvent encore abaisser les cots : la demande globale du systme diminue dun facteur de 0,7 1 % pour chaque pourcent de tension rduite. Pour le client, cest moins dnergie consom-me, et pour le fournisseur, moins de puissance produire ou acheter. Lint-rt nest pas seulement conomique : ces stratgies peuvent aussi servir reporter les investissements dans de nouvelles capacits ou compenser la baisse de puissance due larrt danciens groupes de production. Des bnfices immenses en perspective . . .

radio large bande IP aux normes indus-trielles, pour applications intrieures, extrieures et mobiles. Son systme dex-ploitation brevet a t conu demble pour relever les dfis du dploiement en extrieur. Tropos se distingue par ses radiocommunications point point et point multipoint, et par sa commande et sa gestion centralises hors pair. Ces briques technologiques permettent de btir des rseaux volutifs, alliant robustesse et performance, pour les grandes entre-prises de service public, les collectivits locales, les sites miniers et industriels.

AvantagesGrce ses multiples points de mesure et de commande, ses lignes instrumen-tes de bout en bout et ses automa-tismes de pilotage en boucle ferme, la solution VVO aide les distributeurs dnergie passer dune exploitation en aveugle une gestion claire du rseau. La pntration croissante des produc-tions renouvelables intermittentes, de mme que le foisonnement et la variabili-t des charges forment un terreau fertile pour la gestion VVO.

Les rseaux dnergie fonctionnant plus que jamais aux limites, il est aujourdhui pri-mordial doptimiser leurs paramtres dex-ploitation. OG&E, grand distributeur dlec-tricit amricain, est lavant-garde de la

cbles et assembles en usine, elles sont prtes tre installes.

Linterrupteur sous vide dilectrique solide PS convient aux lignes de distribu-tion jusqu 38 kV, pour les systmes isols de la terre, et jusqu 66 kV, pour les systmes relis la terre 2. Il a t sp-cialement conu et test dans le respect de la norme ANSI C37.66 pour la manuvre intensive de condensateurs dans des conditions climatiques extrmes.

La prochaine gnration de contrleurs communicants bidirectionnels CQ900 dABB se prte tout particulirement la commande de condensateurs et aux appli-cations avances de gestion VVO 3.

La gamme de capteurs de courant et de tension DistribuSenseTM accrot l intelli-gence des lignes et permet de prendre des dcisions opportunes en matire de gestion VVO et de rduction CVR 4. Dernier cri de linstrumentation ABB pour installations extrieures, le capteur DistribuSense WLS-110 associe la sur-veillance de la tension VLS-110 une tech-nologie moderne ultraprcise de trans-formateur de courant ouvrant.

Transmissions sans fil

La solution sans fil Tropos dABB 5 est une infrastructure maille de routeurs

Gary Rackliffe

ABB Power Products

Raleigh (Caroline du Nord, tats-Unis)

[email protected]

5 Sans-fil Tropos

Rgulateur de tension

Capteurs

Relais

Camra vido

Dans le poste

Tropos 1410Tropos 7320

FO/Point point sous licence

2,4/5,8 GHz

900 MHz

Rseau domestique (ZigBee)

Poste lectrique Poste lectrique

Datacenter du fournisseur dnergie

Donnes mobiles

Renclencheur

Ligne

Ligne

Batterie decondensateurs

Rgulation de tension

Rseaudomestique

Infrastructurede comptageavanc

Stockagednergie Tropos 1410

Tropos 1410

Tropos 1410

Collecte des relevs de comptage

28 ABB review 4|14

29Distribution davenir

BRITTA BUCHHOLZ, MARTIN MAXIMINI, ADAM SLUPINSKI, LEYLA ASGARIEH Linser-tion croissante de ressources nergtiques distribues (RED), avec le raccorde-ment de millions de petites productions fluctuantes des niveaux de tension infrieurs 132 kV, bouscule le systme lectrique et pousse les gestionnaires de rseaux de distribution (GRD) renforcer leur capacit daccueil. Parmi les solutions dveloppes par ABB, en partenariat avec des GRD et des universi-taires allemands, lune mise sur une planification intelligente pour moderniser la distribution de manire conomique, dans un temps donn. Sy ajoutent une dmarche dautomatisation innovante, mlant postes secondaires instruments et rgulation de la tension, ainsi que des logiciels de gestion dactifs conomique comme NEPLAN dABB, qui permettent de lever les derniers verrous techno-logiques moindre cot.

Comment accrotre la capacit des rseaux de distribution pour intgrer la production dcentralise ?

Distribution davenir

PhotoDans plusieurs rgions et localits dAllemagne, comme ici Freiamt, en Fort Noire, on produit plus dnergie quon nen consomme grce aux apports du photovoltaque, de lolien et du biogaz (crdit photo : Luca Siermann).

30 ABB review 4|14

entend amliorer la fiabilit des prvisions de production [4]. Les nouvelles rgles de raccordement dictes par lassocia-tion des GRD europens (ENTSO-E)

auront bientt force de loi [5]. Selon une tude de lAgence allemande de lner-gie Dena sur les services systmes en 2030, la trs forte pntration des RED renouvelables appelle une nou-

velle approche systmique du dvelop-pement de lensemble du systme lec-trique, tous les niveaux de tension [6].

Des projets pilotes associant GRD et universitaires 1 ont dbouch sur des solutions ABB novatrices pour exploiter et piloter des rseaux de distribution fortes proportions de production dcen-tralise en Allemagne. Cet article en dcrit quelques-uns 1.

dviter les phnomnes de papillote-ment. Pour la stabiliser et soutirer de la puissance ractive aux RED, les gestion-naires du rseau allemand se confor-

ment deux grandes rgles de raccor-dement local : Le guide technique de la Fdration

industrielle allemande de lnergie et de lEau (BDEW) sur le raccordement des centrales au rseau moyenne tension (MT), qui vaut pour tous les groupes dune puissance suprieure ou gale 100 kW [2] ;

La norme VDE-AR-N 4105, obligatoire pour toutes les installations de moins de 100 kW [3].

La loi allemande sur les nergies renou-velables (EEG) de 2012 exige que toutes les RED de plus 30 kW contribuent au programme dinjection dnergies renou-velables dans le systme lectrique, le GRD pouvant alors rduire par tlcom-mande la puissance active en cas din-stabilit du rseau. La rforme daot 2014 accrot leur participation au march et

La capacit daccueil des lignes de distribution est non seulement soumise des rgles locales ou nationales de raccordement et aux

pratiques des gestionnaires de rseaux (GRD), mais aussi plusieurs contraintes (caractristiques thermiques, rglage de tension, niveaux de dfaut, qualit du courant, inversion du flux de puissance et lotage, protections, etc.), pour les-quelles de nombreux pays prconisent une panoplie de solutions [1] : Modification de la topologie du

rseau, modernisation et/ou nouvelles installations ;

Utilisation du courant de court-circuit comme service systme ;

Rgulation de la tension et compen-sation de la puissance ractive ;

Gestion de la puissance des RED ; Adaptation des protections ; Solutions futures comme le

contrle-commande, le stockage et la gestion de la charge grande chelle par composants actifs.

En Allemagne, le systme lectrique a doffice t dot de grandes capacits de rserve pour accueillir dautres pro-ductions. Or les rseaux sont pour la plupart limits par le niveau de tension ainsi que par les fluctuations de la vitesse de vent et du rayonnement solaire, qui font brusquement varier la tension. Diffi-cile dans ces conditions de maintenir la tension dans les limites prescrites et

La forte pntration des pro-ductions dcentralises oblige maintenir et mme amliorer la fiabilit et la disponibilit.

Notes1 Partenariats entre des nergticiens comme

RWE Deutschland AG, Westnetz, E.ON Mitte, STAWAG, Stadtwerke Duisburg, Netze BW et EnBW ODR, et des universits comme celles de Dortmund et de Stuttgart

2 Prsent la Foire de Hanovre en avril 2014.

1 Exemples de projets pilotes de rseaux lectriques intelligents en Allemagne

Domaines dintrt

Gestion nergtique

Stockage dnergie

Automatisation du rseau de distribution

1 Econnect 2 Green2Store 3 GRID4EU 4 RiesLing 5 SmartArea 6 MeRegio7 T-City Smart Grids

1

2

4

5

3

67

31

nique de puissance PCS100 AVR dABB pouvait stabiliser la tension dans le rseau de distribution 20 kV et les postes de transformation 20 kV/400 V. En dcouplant les fluctuations aux niveaux 110 kV, 20 kV et 400 V, la capacit dinser-tion de la production dcentralise fut considrablement augmente, engen-drant dimportantes conomies pour le GRD, surtout en 20 kV. De 2010 2013, ABB implanta avec succs 10 rgula-teurs PCS100 AVR dans des postes 20 kV/400 V [7]. La solution est pr-sent bien tablie sur le march et rpu-te pour la trs grande qualit du cou-rant fourni aux clients de lindustrie et du tertiaire.

Les quipes projet en conclurent que les exigences types dun GRD en matire de rgulation de tension en 110 kV/20 kV et 20 kV/400 V taient moindres que celles des applications industrielles et pouvaient tre satisfaites avec la solution plus co-nomique du rglage de prises en charge. Une tude VDE-ETG [8] fait de la rgula-tion de tension un actif intelligent de la distribution lectrique.

Partant de ce constat, ABB dveloppa un transformateur command en ten-sion, Smart-R Trafo 2 3, bas sur un rgleur en charge conomique cinq gradins de tension, qui fournit un cou-rant de qualit la distribution lectrique. Smart-R Trafo est appel devenir un


Des outils pour grer la complexitPar le pass, il tait facile de calculer les charges et les niveaux de tension dans le systme traditionnel sens unique, de la production la consommation et de haute en basse tension. Aujourdhui, le rseau collecte et distribue llectricit au mme niveau de tension, compliquant les calculs. Les outils logiciels jouent un rle croissant tous les chelons pour savoir si un groupe de production peut tre raccord sans franchir les limites. Lun deux, NEPLAN, fait lobjet de nou-veaux dveloppements pour aider les planificateurs ragir rapidement aux demandes de couplage au rseau des clients 2 : cest l un bon moyen de reporter, voire dviter les investissements dans lextension du rseau en exploitant plein les infrastructures existantes. Par contre, ce fonctionnement aux limites confre la fiabilit et la disponibilit des actifs un rle prpondrant. De mme, pas question de dpenser plus en main-tenance malgr ces extensions ! Un autre outil ABB, Asset Health Center, permet aux GRD dapprhender le risque de dfaillances de leurs actifs critiques et de les viter tout en allgeant le budget maintenance.

Augmentation de capacit en Rhnanie-PalatinatEn 2011, lnergticien allemand RWE Deutschland AG montra comment un rgulateur de tension actif lectro-

Une poigne de mesures suffit la tlconduite de postes secondaires intelligents FIONA pour renseigner sur le transformateur de distribution 20 kV/400 V.

2 cran NEPLAN dABB

La couleur signale ici les carts de tension dans le rseau de distribution : le vert indique les zones o la tension se situe dans la plage autorise (10 % de la valeur nominale, dans notre cas), et le rouge, les zones en dpassement de seuil. On observe que les tensions infrieures 360 V ou suprieures 440 V apparaissent dans les zones loignes du poste source (en haut gauche de lcran), fort taux dinjection de RED et faible charge, ou dans des zones sans injection de RED et charge leve. Lcart de tension sexplique par le dsquilibre production-consommation.

32 ABB review 4|14

classique des quipements de distri-bution, en Allemagne comme ailleurs.

Surveillance et pilotage en BavireLa forte pntration des RED oblige de plus en plus maintenir et mme amlio-rer la fiabilit et la disponibilit, ce qui joue sur la dure dinterruption de ser-vice. Pour optimiser lexistant et le ren-forcement du rseau, la mesure exacte de la charge prend le pas sur lhypothse dune charge maximale irraliste ou le calcul du pire scnario de production. Pour rpondre ces exigences et ins-crire la rgulation de tension dans loffre dautomatismes de distribution, ABB a mis au point de nouvelles solutions dans le cadre du projet RiesLing 3 [9]. Premire brique du projet, FIONA est une unit de tlconduite 4 destine aux postes secondaires intelligents , qui fournit toute linformation utile sur le transformateur 20 kV/400 V, en quelques mesures seulement. Elle est complte dune rgulation grande chelle PCS100 AVR qui maintient la tension mesure aux points de distribution dans la plage de variation autorise.

De nouvelles fonctions dexploitation pr-dictive ont t dveloppes et ajoutes la conduite du rseau pour anticiper la congestion en 20 kV, procurant la sou-plesse ncessaire pour changer de topo-

logie ou permettre aux clients dadapter leur profil de consommation [10].

Planification intelligente Aix-la-Chapelle et DuisbourgMme si la rgulation de tension est lar-gement reconnue comme une solution conomique de modernisation du rseau, son implantation dans les schmas clas-siques dexploitation et de planification ne va pas de soi. Bien des GRD ont du mal savoir quand leur rseau atteindra sa limite de fonctionnement, faute de connatre le moment, le nombre et le type de sollicitations du rseau. Aprs lentre en vigueur de la loi EEG, beaucoup ont t submergs de demandes prives de raccordement, dans un court dlai.

Pour lever cette difficult et acclrer la prise de dcision, ABB a mis au point une mthode judicieuse de planification qui insuffle progressivement de l intelli-gence dans le rseau BT, en tenant compte de ses contraintes [11] et dun classement structurel (nombre dunits dhbergement et de points de couplage commun, rayon du secondaire, pntra-tion du photovoltaque).

Si la RED natteint pas un point critique, le raccordement peut tre autoris sans autres calculs rseau. Par contre, un rseau class potentiellement critique passe en phase dobservation o lon mesure le niveau de tension dans le poste secondaire. En prenant comme rfrence l empreinte mesure ou calcule, on estime le niveau de tension du rseau local. Plusieurs rseaux rels

3 Transformateur de distribution command en tension Smart-R Trafo dABBLoutil de planifica-tion ABB trans-forme progressive-ment un rseau basse tension en rseau intelligent .

Note3 En partenariat avec Netze BW, EnBW ODR AG

et T-Systems

33

ont confirm que les estimations, sur la base dempreintes, au point critique de la ligne, et les mesures effectives de ten-sion dans divers rseaux de distribution diffraient au maximum de 2 V (soit moins de 1 %). Sil savre que le rseau atteint le seuil de tension maximal autori-s, ltape suivante consiste renforcer le poste secondaire correspondant avec, par exemple, un rgulateur de tension ou un transformateur command en tension.

IncitationsLa libralisation du march de lnergie et lintroduction dincitations ont beau-coup pes sur les GRD pour rduire leurs cots tout en assurant un haut niveau de fiabilit de service. Les ques-tions purement techniques ont alors cd la place des considrations technico- conomiques. Lquilibre tient dans un plan de maintenance visant aussi bien le parc dactifs que lexploitation du rseau.

Le logiciel NEPLAN est habilit labo-rer des plans de maintenance base sur la fiabilit, par exemple, et simuler les quipements sur le long terme. Il dispose galement dun outil pour budgter diff-rentes stratgies de maintenance.

Les rseaux de distribution jouent un rle de premier plan dans la transforma-tion des systmes dnergie. Les solu-tions dveloppes par ABB en partena-riat avec des universitaires et des GRD allemands accompagnent ces derniers dans leur dmarche damlioration tech-nique et conomique des installations existantes. Bientt, dautres fonctions

dautomatisation (prdfinies) seront capables de piloter les quipements pri-maires pour optimiser le fonctionnement du rseau.


Britta Buchholz

Martin Maximini

Adam Slupinski

Leyla Asgarieh

ABB Power Systems Consulting

Mannheim (Allemagne)

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Bibliographie[1] Papathanassiou, S., et al., Capacity of

Distribution Feeders for Hosting DER, CIGRE Technical brochure 586, ISBN : 978-2-85873-282-1, disponible sur : www.e-cigre.org, Paris, juin 2014.

[2] Technical Guideline: Generating Plants Connected to the Medium-Voltage Network, [en ligne], disponible sur : https://www.bdew.de/internet.nsf/id/A2A0475F2FAE8F44C12578300047C92F/$file/BDEW_RL_EA-am-MS-Netz_engl.pdf, juin 2008.

[3] Guide dapplication VDE-AR-N 4105, disponible sur : http://www.vde.com, Francfort 2011.

[4] Loi sur les nergies renouvelables EEG 2014, disponible sur : http://www.gesetze-im- internet.de/bundesrecht/eeg_2014/gesamt.pdf.

[5] Requirements for generators, code rseau ENTSO-E, disponible sur : https://www.entsoe.eu/major-projects/network-code-development/requirements-for generators/Pages/default.aspx

[6] Ancillary Services Study 2030 Security and reliability of a power supply with a high percentage of renewable energy, Dena, rapport disponible sur : http://www.dena.de/fileadmin/user_upload/Projekte/Energiesysteme/Dokumente/dena_Ancillary_Services_ Study_2030. pdf

[7] Willim, C., et al, Zuknftige Spannungsregelung im Netz der E.ON Mitte AG, actes du Congrs VDE-ETG, Wuerzburg (Allemagne), 89 novembre 2011, ISBN 978-3-8007-3376-7 VDE Verlag.

[8] Aktive Energienetze im Kontext der Energie-wende, VDE-ETG, disponible sur : http://www.vde.com/de/fg/ETG/Arbeitsgebiete/V2/Aktuelles/Oeffenlich/Seiten/VDE-StudieAEN.aspx, janvier 2013.

[9] Kaempfer, S., et al, The RiesLing (Germany) and InovGrid (Portugal) projects Pilot projects for innovative hardware and software solutions for Smart Grid requirements, actes de la session CIGRE, Paris, p. 2528, 2014.

[10] Franke, C., et al., Projet phare : un partenariat pilote pour consolider les rseaux lectriques du futur , ABB review, 3/2013, p. 4446.

[11] Slupinski, A. , et al., Neue Werkzeuge zur Abschtzung der maximalen Spannung im Niederspannungsnetz, actes du Congrs VDE-ETG, 5-6 novembre 2013, Berlin (Allemagne), ISBN 978-3-8007-3550-1 VDE Verlag.

4 Unit de tlconduite FIONA dABB

34 ABB review 4|14

Choc de connectivitLa dmarche Active Site dABB optimise le couplage entre microrseaux et grand rseau lectrique

PHILIP JUNEAU, DIRK JOHN Lessor rapide de la production dcentralise (comme le solaire photovoltaque en toiture) secoue les fondements de la distribution lectrique. De nombreux sites, quil sagisse de campus universitaires, de complexes industriels ou de bases militaires, se caract-risent aujourdhui par une production et un stockage dnergie diffus qui les conduisent mettre en place des modles rduits du rseau princi-pal. Ces microrseaux locaux sont capables de subvenir en partie leurs besoins nergtiques tout se raccordant lextrieur pour y puiser ce quils ne peuvent pas produire ou, linverse, y dverser leur excdent de puissance. Cest l tout lintrt de la technologie Active Site dABB, qui vise rguler et optimiser le microrseau lectrique et son couplage au macrorseau pour matriser les usages et les dpenses nergtiques tout en contribuant activement lavnement du Smart Grid.

35

Les microrseaux sont des versions miniatures du grand rseau lectrique.

Choc de connectivit

IllustrationComment optimiser la production, le transfert, le stockage et la consommation dnergie au sein dun site industriel alignant de nombreux btiments et lots techniques ?

Les microrseaux sont principalement de trois types : Isols et autonomes, cest--dire

totalement dcoupls du rseau principal (cas des zones insulaires, par exemple) ;

Faiblement raccords, aux extrmits des lignes des grands rseaux lectriques ou dans des installations qui peuvent loisir se dconnecter du rseau ;

Semi-autonomes, dans des sites reculs ou isols (petites collectivits, stations de recherche, complexes industriels et bases militaires coups du monde).

Tous se caractrisent par une puissance totale allant de 100 kW 50 MW.

BioinspirLe terme Active site dABB est emprunt la biologie o un site actif dsigne la petite partie dune enzyme laquelle se fixent les molcules du sub-strat pour produire une raction chimique. Celle-ci ne peut avoir lieu que lorsquun

fonctionnant comme un seul rseau autonome coupl au rseau principal ou dconnect de ce dernier, cest--dire en lotage .

Pour quil y ait microrseau, il faut une production dnergie dcentralise, un systme de distribution, des charges

alimenter et des dispositifs de stockage, le tout pilot par des automatismes et des systmes de contrle-commande volus 1.

La production dcentralise dori-gine renouvelable permet aux sites industriels de piloter en local leurs installations nerg-

tiques et den tirer bien des avantages : efficacit nergtique, stabilit et qualit de la fourniture lectrique, amlioration de linterfaage avec le rseau externe. Do lclosion dun nouveau modle nergtique lchelle du territoire, plus ou moins autonome : le microrseau (de langlais microgrid). Aux nombreuses dfinitions qui fleurissent dans les milieux industriels et universitaires sajoute celle dABB : un microrseau est un systme nergtique intgr compos de sources dcentralises et de multiples charges

Note1 Lire galement Microrseaux , p. 5460.

Nombreux sont les sites industriels, campus, bases militaires . . . produire et stocker leur propre nergie.

36 ABB review 4|14

Active Site permet lexploitant ou au propritaire du site de passer dun rle passif un rle actif en tirant le meilleur des systmes de surveillance et de com-mande volus. Il resserre les liens avec le rseau lectrique intelligent (Smart Grid) moyennant une panoplie dactions bnfiques aux deux parties : Augmentation de lefficacit nerg-

tique globale du site et rduction des pertes en ligne du rseau principal en alignant les caractristiques de la production (dimensionnement et implantation) sur la demande ;

Dcentralisation de la production et du stockage dnergie pour une exploitation transparente et autonome quilibrant tension et frquence tout en alimentant dabord les charges prioritaires ;

Stabilisation du rseau principal par des stratgies de rgulation fondes

sur les variations de frquence et de tension aux bornes de chaque quipement (rduction des goulots dtran-glement) ;

Capacit dvolution par lemploi facilit de nombreux petits quipe-ments de production, de stockage et de charges modulaires en parallle, capables de monter en puissance ;

substrat se heurte et adhre au seul site actif qui lui corresponde 1.

Applique aux microrseaux, la solution Active Site dABB dsigne le substrat technologique qui lie au macrorseau (enzyme) un site (substrat) pouvant ainsi fonctionner comme un microrseau semi- autonome. Elle optimise le dploiement de la production renouvelable locale et du stockage diffus, le contrle-commande du site tout entier, ainsi que la commu-nication avec le rseau lectrique.

Cette technologie ABB vise les micro-rseaux dune usine, dune universit ou dune base militaire, qui sont certes rac-cords au rseau principal mais peuvent tre grs indpendamment. Les micro-rseaux de distribution faisant partie de larchitecture maille du fournisseur dnergie peuvent tre traits diffrem-

ment et dpassent le cadre de cet article. Pour autant, ce champ dapplication de la technologie mrite dtre tudi.

La cration dun site actif se fait par tapes, dans la dure.

Un site actif ABB permet au propritaire ou lexploitant traditionnellement passif dendosser un rle actif en dployant un systme volu de surveillance et de contrle- commande.

1 Principe du site actif en biologie

Substrat

Complexe enzyme-substrat

Enzyme

37

Promotion de lautonomie nergtique et de lcoresponsabilit, au bnfice de la collectivit locale (rduction de lempreinte carbone, ressources vertes, etc.) ;

Identification des gisements dcono-mies dnergie pour traduire les dcisions conomiques en protocoles oprationnels standards ;

Rduction des besoins dinvestisse-ment en nouvelles centrales de production et amlioration de leffica-cit globale du rseau par une dmarche ngawatts visant la sobrit nergtique ;

Encouragement des innovations dbouchant sur de nouveaux modles conomiques adapts la dynamique du march de llectricit.

Droulement des oprationsUn site actif ne se construit pas du jour au lendemain. Cest une entreprise de longue haleine, par tapes, que concr-tise un plan dactions ABB 2 formali-sant la collaboration avec ses clients et son rseau de partenaires.

La premire tape, capitale, consiste mesurer tous les vecteurs nergtiques de linstallation sur une priode donne (lectricit, gaz naturel, vapeur, eau, ptrole, etc.), tant au niveau du comp-teur principal que du systme ou de lquipement individuel. Cela permet de

Choc de connectivit

dresser le bilan nergtique du btiment, de cerner ses aspects oprationnels et les besoins en nergie du site tout entier.

Aprs acquisition et analyse de ces don-nes, des mesures damlioration sont values, slectionnes, dcides et mises en uvre en sappuyant sur le plan nergie du btiment ou du site, pour concider avec les retombes cono-miques escomptes. La dmarche peut revtir plusieurs formes : gestion technique du btiment (chauffage/ventilation/clima-tisation, clairage, etc.), automatisation industrielle, ressources nergtiques dis-tribues comme le solaire, lolien, la cognration, le stockage dnergie et la recharge de vhicules lectriques. Elle ncessitera vraisemblablement quelques itrations en fonction du budget et du calendrier du plan nergie.

La mise en uvre de ces mesures est suivie dune phase de surveillance et de pilotage. Il ne sagit pas seulement de confronter les rsultats aux objectifs mais didentifier dautres pistes dam-lioration ou les problmes de fonctionne-ment. Lintgration des diffrents sys-tmes de contrle-commande (procd et btiment) et des systmes dinforma-tion pertinents, comme la gestion de la maintenance, peut tre utile pour avoir une vision densemble.

La phase de suivi et de pilotage confronte les rsul-tats aux objectifs et identifie dautres amliorations et dysfonctionnements.

2 Feuille de route Active Site dABB

Actions

- Profils nergtiques (compteur principal)

- Mesure et analyse des sous-ensembles pertinents

- Dfinition dobjectifs fondamentaux

- Dfinition dobjectifs optimaux

- Analyse de potentiel

- Dfinition des mesures damlioration des lots techniques du site/btiment (CVC, clairage, EnR, stockage dnergie, etc.)

- Calcul des conomies dnergie et de fonctionnement

- Choix et excution des actions damlioration

- Conception et installation dun systme de

comptage nergtique- Intgration CVC, clairage

et autres systmes de commande et dinformation dans une gestion technique centralise (GTC)

- Suivi et pilotage

- Intgration des EnR et de la GTC dans un systme de gestion nergtique Active Site

- Hirarchisation des tches/charges (quilibre offre-demande)

- Exploitation du site (prparation du couplage rseau)

- tude des contrats dnergie existants pour dgager des conomies

- Ngociation et optimisation des

contrats avec lnergticien (dmarche gagnant-gagnant)

Rsultats

- Transparence nergtique- Ralisation des objectifs

fondamentaux- Suivi dtat des actifs- Conformit normative/

rglementaire- Potentiel doptimisation

- Valorisation des actifs et du btiment

- Rduction des dpenses dnergie et de fonctionnement

- Allongement de la dure de vie des actifs

- Fiabilit dexploitation

- Vue holistique pour une gestion proactive du btiment

- Transparence nergtique et oprationnelle pour cerner les potentiels supplmentaires et mobiliser les occupants

- Matrise de la demande dnergie (MDE)

- Vue holistique pour une gestion proactive et une exploitation transparente du site

- Profil nergtique combin pour tout le site

- MDE pour couplage rseau

Pour le propritaire du site et bnficiaire Active Site :- Indpendance nergtique- Prvision des cots

nergtiquesPour lnergticien :- volutivit par centrale

virtuelle- Stabilit du rseau lectrique- Rduction de la production

(ngawatts)

Bilan et objectifs

Optimisation des actifs

Optimisation du btiment

Optimisation du site

tat des lieux nergtique Mise en uvre

Suivi et pilotage du btiment

Suivi et gestion du site

Raccordement intelligent au rseauDiagnostic

38 ABB review 4|14

production et de stockage les plus co-nomiques.

Le site tant dsormais actif , on peut envisager un couplage intelligent au rseau lectrique pour participer pleine-ment au macrosystme nergtique. Les modalits dinterconnexion et de commu-nication du site avec lnergticien, dans tous les rgimes de marche (lotage, reconnexion au rseau, recharge du stockage dnergie, abaissement de la production sur reconnexion), doivent tre convenues et contractualises avec ce dernier, dans le respect de la rglemen-tation et de la normalisation. Propritaire du site et nergticien y trouvent chacun leur intrt : pour le premier, cest la capa-cit prdire et optimiser les cots nergtiques, et pour le second, le poten-tiel volutif du site qui peut sagrger au modle de centrale virtuelle pour contri-buer la stabilit du rseau principal tout en vitant de recourir la produc-tion centralise (dmarche nga watts).

Le site actif concourt ainsi la gestion du macrorseau par sa participation pr-dictive et dynamique aux besoins de la demande globale. Apte prdire ses capacits par lanalyse, la simulation et la planification, il peut appuyer ou com-penser la variabilit du macrorseau.

Ds que tous les btiments sont optimi-ss et adapts aux capacits de produc-tion et de stockage du site, un systme de gestion nergtique Active Site assure lintgration de lensemble et amliore la surveillance et la gestion de linstallation. Tous les paramtres dexploitation (hirarchisation des charges, exigences du systme) et ceux de production et de

stockage dnergie (lectrique et ther-mique) peuvent tre suivis et grs pour compenser les fluctuations de la demande et de loffre sur tout le site, quelles soient planifies, requises ou imprvues. Exemple : quand la demande est trop forte, le systme coupe des charges non prioritaires, comme certaines lampes, des installations de chauffage/ventilation/climati sation et des auxiliaires (pompes, ventilateurs), et recourt aux modes de

Il faut saccorder sur les modes dinterconnexion et de communication avec le fournisseur dnergie.

Le site actif contri-bue la gestion du macrorseau en participant de faon prdictive et dynamique ses besoins ner-gtiques.

3 Dplacement de la consommation ou recours au stockage dnergie dans le cadre de la matrise de la demande dlectricit (MDE)

Ap

pel

s d

e p

uiss

ance

(GW

)

Temps

Demande sans MDE

Demande rduite avec MDE

Demande dcale avec MDE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 h 2 h 14 h4 h 16 h6 h 18 h8 h 20 h10 h 22 h12 h 24 h

39

Mme en configuration plus isole, le site actif peut tre utile au macrorseau en grant la demande totale du site par la rduction ou le dplacement de la consommation, ainsi que le stockage dnergie aux moments opportuns. Un exemple 3 : lorsque la consommation culmine 35 GW, elle est abaisse ou reporte pour diminuer la pointe et son cot. linverse, aux heures plus avan-tageuses, les charges dcales sont ali-mentes pour accomplir leurs tches premires ou, dans certains cas, stocker lnergie qui devra tre efface en pointe.

Quelles applications sont les premires bnficiaires de la solution Active Site ? Tout simplement celles o les propri-taires du site privilgient laccs une nergie fi

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