Objectifs de la thèse

Cette troisième partie du chapitre est consacrée à la présentation des objectifs de ces travaux de thèse au sein du projet VERDI, mais également dans le cadre général des réseaux de distribution communicants. Ces travaux s’articulent sur le deuxième niveau des Smart Grid : les technologies de communications. Le premier objectif de la thèse est de proposer une infrastructure à la supervision des réseaux de distribution pour répondre aux besoins de transmission des services VERDI.

3.1

Proposition d’une infrastructure de communication

Pour offrir l’ensemble des services, il est nécessaire de mettre en place une infrastructure de

communication reposant sur des technologies de communication offrant des performances suffisantes pour répondre aux contraintes de communication des différents services.

Pour cela, dans le cadre de la thèse, il a été proposé une infrastructure de communication fonctionnant sur la base de deux sous-infrastructures. La première est appelée intra-infrastructure et destinée à couvrir la supervision au niveau des réseaux de distribution, en pilotant les charges conventionnelles et les recharges des VE/VHR, ainsi que de fiabiliser l’insertion des EnR. La deuxième est nommée extra-

infrastructure, et destinée à élargir le champ d’action de la maitrise de l’énergie en lien avec le développement de la mobilité électrique ainsi qu’à la collecte de données supplémentaires. La figure

1.6 illustre le schéma de fonctionnement de l’infrastructure de communication proposée pour VERDI.

Figure 1.6 : Schéma du fonctionnement de l'infrastructure de communication proposée pour VERDI

La première catégorie de services destinée à superviser le réseau de distribution est donc

principalement orientée vers l’intra-infrastructure, l’utilisation de la technologie de communication par

CPL semble offrir un certain avantage (cf figure 1.7). En effet, cette technologie s’appuie sur le réseau

électrique pour transmettre les données, permettant de communiquer sur l’ensemble du réseau et ainsi toucher l’ensemble des charges à piloter. De plus, l’utilisation du réseau électrique comme support de

transmission permet au gestionnaire de réseau de limiter les coûts de déploiement d’une infrastructure de communication du fait d’être le propriétaire du réseau. L’extra-infrastructure a pour vocation de répondre à la seconde catégorie de services destinée aux acteurs des VE et VHR. Le fait que ces acteurs soient des utilisateurs extérieurs au domaine des réseaux de distribution, de la mobilité de ces véhicules, et du souhait que ces services fonctionnent et soient accessibles par le biais d’application

mobile, sont des facteurs qui demandent d’employer des technologies radio comme les technologies GPRS, UMTS et LTE pour mettre en place cette deuxième catégorie de services (cf figure 1.7).

Figure 1.7 : Infrastructure de communication proposée

Pour maitriser au mieux la circulation de l’énergie sur le réseau de distribution, le fournisseur et le

gestionnaire de réseau disposent d’un système de supervision regroupant la supervision des charges conventionnelles et des charges des VE/VHR. L’une des fonctions majeures de ce superviseur sera de

permettre un délestage paramétrable par hiérarchisation de la position géographique et par type de charge. Un niveau de priorité pourra être affecté à chaque type de charge. Le superviseur fonctionnera sur la base de règles établies selon la localisation ou le niveau de priorité pour réaliser le délestage.

Ces règles de délestage pourront s’appliquer sur du chauffage, de la climatisation, des ECS, de la recharge des VE/VHR, toutes charges non essentielles, … . Les systèmes de délestage devront alors être installés sur l’ensemble des bornes publiques et privées, ainsi qu’au niveau des charges conventionnelles avec l’accord du propriétaire. Le fournisseur d’électricité pourra proposer des offres

avantageuses aux propriétaires pour les inciter à mieux maitriser l’énergie qu’ils consomment et accepter de décaler la recharge de leur VE/VHR. Une seconde fonction majeure de ce superviseur sera

de collecter un ensemble de données réseaux et extérieures pour optimiser en permanence l’estimation

à court et moyen termes du niveau de consommation et de production sur le réseau. A partir de ces

estimations, des plans d’actions pourront être préparés en avance et exécutés selon le besoin au moment spécifique. Pour l’ensemble des consommateurs, producteurs usagers, le système de supervision grâce à des applications leur permettra de visualiser leur consommations, d’accéder à un certain nombre de statistique, à l’historique des délestages et des gains associés. L’application permettra de paramétrer des notifications d’ordre de délestage aux usagers et également la possibilité

de les annuler.

L’infrastructure de communication ne doit pas être figée dans le temps en termes de technologie, de services et d’équipements. Elle doit alors offrir des caractéristiques de conception permettant une facilité d’intégration de nouvelles applications et de services :

 Etre évolutive selon les besoins des fournisseurs, des gestionnaires de réseaux et des usagers  Etre flexible vis-à-vis des standards de communication

 Etre ouvert à l’ajout d’entités non prévues à l’origine

 Gagner en performance par un ajout, une évolution des algorithmes de supervision et des

Dans le cadre du déploiement du premier démonstrateur VERDI, l’infrastructure de communication

retenue, dans un premiers temps, à reposer sur des équipements de communication déjà déployés et/ou

en cours de déploiement. La figure 1.8 illustre l’infrastructure retenue pour ce premier démonstrateur.

Figure 1.8 : Première infrastructure de communication retenue

L’infrastructure de communication retenue profite ainsi du déploiement de l’architecture AMM pour

piloter les charges du réseau électrique et améliorer l’insertion des EnR, ce qui veut dire que la

technologie CPL et le standard mobile GPRS seront utilisés dans le cadre de l’intra-infrastructure.

Concernant les services destinés aux acteurs des VE et VHR, ceux-ci fonctionneront également à partir du standard mobile GPRS dans un premier temps. En effet, les équipements existants et intégrés dans les bornes de recharge publiques disposent d’un module de communication GPRS. L’ensemble sera piloté par deux systèmes de supervision. Le premier correspond au SI de l’architecture AMM et le second est dédié aux applications et services en lien avec les VE et VHR. Ces deux superviseurs

interagiront l’un avec l’autre par une passerelle informatique.

3.2

Positionnement de la thèse

Les travaux de thèse se positionnent sur la partie intra-infrastructure, en grande partie sur une étude du

support de transmission qu’est le réseau électrique pour l’acheminement de données par la technologie

CPL, et au support de transmission radio pour la définition de règle de déploiement d’équipements de

communication GPRS. Ces travaux ont pour objectifs d’estimer les performances de ces technologies

pour répondre aux besoins des services de supervision en termes de latence et de fiabilité.

Pour cela une étude préliminaire sur la latence a été réalisée par le biais de l’architecture AMM en

cours d’expérimentation sur les réseaux de distribution Gérédis Deux-Sèvres. Les résultats de cette

étude ont montré une latence de communication importante de part le fait que cette architecture est toujours en cours de développement d’un point de vue logiciel, et de part le fait d’un faible débit offert par la technologie CPL utilisée (CPL G1). En effet, les équipements GPRS déployés par Gérédis Deux-Sèvres permettent d’offrir un débit brut théorique de 85,6 kbits/s, contrairement au débit brut théorique du CPL G1 qui est de 2,4 kbits/s. De plus, lors de l’application de service de comptage à distance, il a été relevé que le temps de communication était principalement imputé aux traitements logiciels des entités, pouvant représenter 75 % du temps global. Ce constat a été obtenu sur la base de plusieurs tests en laboratoire et des tests de terrain sans répétition CPL. Toutefois, la mise à jour des logiciels du concentrateur et du compteur communicant, ainsi que de la plateforme du système de

supervision, ont permis de réduire les temps de traitement et donc le temps de communication globale. Il peut être considéré que dans le futur ces temps logiciels pourront encore être diminués. La limite sera alors déportée au niveau des technologies de communication, et dans un premier temps, au niveau de la liaison CPL entre le concentrateur et les compteurs. En effet, cette liaison offre un débit brut théorique 36 fois inférieur au débit des équipements GPRS actuellement déployés (2,4 kbit/s contre

85,6 kbit/s). Au niveau de la fiabilité, l’architecture AMM a montré des faiblesses pour les deux

technologies. Dans le cadre du GPRS, celle-ci dépend de la zone de couverture des antennes relais et du positionnement des concentrateurs. Le département des Deux-Sèvres étant une région à tendance rurale et vallonnée, des zones se retrouvent avec une qualité de réception faible et impliquent alors des

difficultés de communication, nécessitant l’emploi d’antenne déportée. Au niveau du CPL

fonctionnant sur les réseaux BT, la fiabilité de communication au niveau des clients est aléatoire. En effet, comme il sera présenté dans la suite de ce premier chapitre, le réseau de distribution est un support de transmission présentant des contraintes de transmission difficilement maitrisables qui

dépendent fortement du réseau électrique et de l’installation électrique des clients.

A partir de cette étude préliminaire de l’architecture AMM, la latence de transmission étant un facteur

pour le moment lié à l’optimisation de la partie logicielle des entités, elle n’a pas donc pas fait l’objet d’une étude plus poussée que l’étude préliminaire. L’objectif principal de la thèse porte ainsi sur l’estimation de la fiabilité de la technologie CPL pour la supervision des réseaux de distribution, complété par une étude d’optimisation du déploiement des équipements GPRS.

3.3

Contributions apportées

L’étude des capacités de transmission par CPL sur les réseaux de distribution repose dans un premier temps sur l’analyse de la variabilité du comportement de ces réseaux en fonction de la fréquence et du

temps, en particulier due aux perturbations, grâce à des expérimentations sur 24h. Cet aspect est

abordé lors de l’état de l’art de la technologie CPL en quatrième partie de ce premier chapitre.

Par la suite, l’étude des réseaux de distribution aux fréquences CPL continue par une contribution

majeure de la thèse consacrée à la modélisation des transformateurs de distribution en hautes fréquences et donc à leur impact sur la transmission des signaux CPL qui les traverses pour relier les réseaux HTA et BT. Ce deuxième aspect correspond au chapitre 2.

Ensuite, l’étude du support de transmission réseau est complétée par une contribution à la

modélisation des câbles de distribution et aux phénomènes de propagation régissant leur comportement aux fréquences CPL. Ce troisième aspect est présenté dans le chapitre 3.

Enfin, l’estimation des capacités de transmission CPL sur les réseaux de distribution s’appuie sur l’association des modèles élaborées aux chapitres 2 et 3. Pour cela, le comportement du support de

transmission simulé est corrélé avec les niveaux de perturbations réseaux mesurés. Cet aspect est exposé au sein du chapitre 4. Pour compléter les contributions de cette étude CPL sur les réseaux de distribution, une étude supplémentaire est intégrée au chapitre 4. Elle est orientée vers la transmission radio GPRS déployée dans le cadre de l’architecture AMM. Cette étude doit permettre de définir une

stratégie à l’optimisation du déploiement des équipements GPRS afin d’offrir une qualité de

communication optimum afin de fiabiliser les transferts de données entre le superviseur et ces équipements.