Contribution des technologies CPL et sans fil à la supervision des réseaux de distribution d'électricité

Contribution of PLC and wireless technologies to supervision of electric distribution networks

• Auteur / Autrice : Romain Lefort
• Direction : Rodolphe Vauzelle, Vincent Courtecuisse, Anne-Marie Poussard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 03/02/2015
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Signal, Image, Communication
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Vahid Meghdadi Neyshabouri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodolphe Vauzelle, Vincent Courtecuisse, Anne-Marie Poussard, Nadir Idir, Vincent Guillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Paladian, Jean-Charles Le Bunetel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiocommunications mobiles

Transformateurs électriques

Lignes électriques

Courants porteurs en ligne (informatique)

Réseaux électriques intelligents

Mots clés libres

Réseaux intelligents

Courants porteurs en ligne

Réseau de distribution

Transformateur HTA/BT

Câble d'énergie

Haute fréquence

Expérimentations

Modèle boite noire

Modèle à constantes localisées

Théorie des lignes de transmission

Modèle cascadé

Pertubations réseaux

Communication radio mobile

Smart grid

Power line communication

Distribution network

MV/LV transformer

Power line

High frequeny

Field measurements

Black box model

Lumped model

Theory line transmission

Cascaded model

Disturbance

Mobile radio communication

Résumé

Le déploiement d'une infrastructure de supervision permet une gestion plus intelligente des réseaux de distribution d'électricité comparé à un renforcement traditionnel pour répondre aux nouveaux enjeux de la maitrise de l'énergie (Consommations, EnR, VE, ...). Pour acheminer les données, les Courants Porteurs en Ligne (CPL) possèdent un atout majeur. En effet, cette technologie permet de superposer un signal de plus haute fréquence au signal électrique 50/60 Hz. Toutefois, le support de transmission est difficile et non maîtrisable. Ces travaux de recherche ont pour objectif d'apporter une contribution à cette problématique par l'élaboration d'une plateforme de simulation des réseaux pour des fréquences allant jusqu'à 1 MHz dans un but de transmission de données. Des éléments clés des réseaux sont traités de façon séparés puis assemblés pour estimer les performances des CPL « Outdoor » actuels. La variation du comportement des réseaux en fonction du temps et de la fréquence, en particulier des perturbations en tête d'installation clients sur 24h est étudiée. Les transformateurs entre les réseaux HTA et BT sont modélisés sous la forme d'un « modèle à constantes localisées » et d'un « modèle boite noire ». Les deux modèles sont appliqués sur un transformateur H61 100 kVA. Par la suite, une modélisation des câbles de distribution est proposée sous forme d'un « modèle cascadé ». Celle-ci est appliquée sur un câble souterrain BT. Chaque modèle est obtenu à l'aide de mesures d'impédances, et validé par des mesures de transmissions. Pour compléter, une étude préliminaire sur les communications radio mobile est réalisée pour la supervision des réseaux de distribution.

Establishing a supervisory infrastructure allows a better smart management than an expensive strengthening of distribution network to respond to new constraints at the energies control (Consumption, REN, EV ...). To transmit data, Power Line Communication (PLC) technologies present an advantage in this context. In fact, it enables a superposition of High Frequency (HF) signals on electrical signal 50/60 Hz. However, electric networks have not been developed to this application because of difficult propagation conditions. This research work makes a contribution to develop a simulation platform in objective to transmit data to 1 MHz. In first time, each network element is studied singly and in second time, together, to estimate ''Outdoor PLC'' transmission performance. The first element studied is the networks variation in function of frequency and time. Several 24h disturbance measurements on LV customers are presented. The second element is the transformers which established connection between Medium Voltage (MV) and Low Voltage (LV). The proposed modeling method is based on a ''lumped model'' and a ''black box model''. These models are applied to a 100 kVA H61 transformer most commonly used by French distribution system operator in rural and suburban networks. The third element is the power line used in MV and LV networks. The proposed modeling method is based on a ''cascaded model'' from the theory of transmission line. This model is applied to one power line used in LV underground network. Each model is obtained from various impedance measurements. To complete, an introductory study on mobile radio communication is performed to remote network distribution.