EP2513935A1 - Procede de commande d'un appareil d'interruption de courant dans un reseau electrique haute tension - Google Patents

Procede de commande d'un appareil d'interruption de courant dans un reseau electrique haute tension

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EP2513935A1
EP2513935A1 EP10790957A EP10790957A EP2513935A1 EP 2513935 A1 EP2513935 A1 EP 2513935A1 EP 10790957 A EP10790957 A EP 10790957A EP 10790957 A EP10790957 A EP 10790957A EP 2513935 A1 EP2513935 A1 EP 2513935A1
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EP
European Patent Office
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voltage
phase
window
dates
strategy
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EP10790957A
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EP2513935B1 (fr
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Alain Fanget
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GE Vernova GmbH
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Alstom Technology AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle
    • H01H33/593—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle for ensuring operation of the switch at a predetermined point of the AC cycle
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle
    • H01H9/563—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle for multipolar switches, e.g. different timing for different phases, selecting phase with first zero-crossing

Definitions

  • the invention relates to a method of controlling a current interruption apparatus in a high voltage electrical network.
  • circuit-breaker current interrupt apparatus an apparatus having the ability to cut a short circuit current.
  • the invention relates to a method for reducing overvoltages related to the operation of a device for interrupting current in a high voltage electrical network, a method making it possible to optimally determine the switching moments of this apparatus.
  • control devices are both designed to monitor the state of operation of current interruption devices and to send advance warnings, which is the best way to avoid network failures. and to extend the life of these devices.
  • Known-art control devices incorporate new functionalities, which make them “smart” by diagnosing not only the state of the device's own parameters. current interruption but also the network parameters. They can give local orders to open or close the electrical devices they monitor.
  • the field of application of the present invention is therefore that of the synchronous closure of high-voltage circuit breakers (POWs), by allowing the precise and reliable prediction of the optimal moments of maneuvering to limit oscillation phenomena. on the high voltage network, which can cause significant overvoltages and damage to the electrical equipment, taking into account the problem of maneuvering of compensated or non-compensated lines.
  • POWs high-voltage circuit breakers
  • the insertion resistors as described in the document referenced [2]. But these entail a significant additional cost.
  • the subject of the invention is a method using a new control law making it possible to better predict the ideal moment of closure of an electrical apparatus for interrupting current in a high voltage network.
  • the invention relates to a method for controlling a current interruption apparatus in a high voltage electrical network typically comprising a generator, a power transformer, a three-phase current transformer, a source-side single-phase voltage transformer, a power transformer, a three-phase line-side voltage, a circuit-breaker and its control cabinet, a transmission line, characterized in that it comprises for each phase:
  • a step of choosing a strategy for simple closing or closing of the cut-off device according to the conditions of choice a step of calculating a set of optimal closing dates for each phase according to the chosen strategy
  • the set of analog signals is sampled at a rate of 1ms, and this although the accuracy expected in the determination by calculation of the optimal instants of maneuvering is well below the ms, typically 100ys.
  • the phase / solid phase fault discrimination is carried out by constantly acquiring the currents and calculating, over a period of the industrial frequency, the mean square value, or RMS, for each phase, which is stored. in memory, and during an opening command the computation of the current RMS value is finished and it is compared with the average of n (for example 100) values stored in memory, if this current value exceeds a value parameterized this average value as well as the set nominal value Nominal current I divided by 10 then the phase is considered in default.
  • n for example 100
  • the voltage analysis is done by attempting to match a twelve-parameter model on a signal window, typically 100 ms, this model, called Prony, being a sum of three amorphous sinusoids of amplitude A ', A ", A '", phases ⁇ ', ⁇ "and ⁇ '” and frequencies f', f ", f '", and damping factors ⁇ ', a ", CC '' ':
  • prony ⁇ t) A '£ a' cos ⁇ 2ji 'l + ⁇ c') + A '' e a "cos ⁇ 2ji '' l + ⁇ C '') + A '''£ a"' c the amplitudes A ', A'',A''' being ranked in descending order, so as to favor the mode of higher amplitude, which is generally distinguished from others.
  • a comparison test of the duration between the opening order and the closing order at a time t2 to differentiate the cases of simple closure and cases of quick reclosing.
  • a line-side and source-side voltage analysis is carried out on the 100 ms of signal preceding the command, and the choice of a strategy is made. , and after having calculated a set of optimal dates according to this strategy, one switches to a phase resynchronization waiting stage.
  • a line-side voltage analysis is performed on the 100 ms of previous signal, and the choice of a strategy is made and after calculating a set of optimal dates according to this strategy is switched to a phase resynchronization waiting step.
  • this resynchronization step facilitates the use of a single-processor machine for managing the three phases in real time that must take place simultaneously, which allows the use of simple and economical electronics.
  • Psource being the power of the source voltage signal, calculated on the same time window as that or the line-side analysis is carried out, that is to say on N points of window one has samples Usource [0] to Usource [Nl], with:
  • ⁇ being a parameterized value between 0 and 1.
  • the time t0 for isolating the line is determined by traversing the line voltage signal, in the forward direction, since a date when it is certain that the voltage seen from the measurement reducer is sinusoidal, by making a breakaway search.
  • This threshold can be set at 60% of the estimated amplitude of the model for the first signal window.
  • a stop is placed in the search for this moment t0 materialized by having the following two conditions fulfilled:
  • the voltage across the circuit breaker being the source voltage, shifted by a constant value
  • the sign of this constant value is determined by observing the algebraic value of the line voltage at time t0, if this sign is positive, we close on a source voltage maximum, and conversely if this sign is negative, we make this closure on a minimum source voltage.
  • t op t (k) textrema + k / fOm + offset.
  • the calculated value of the offset, positive can be limited by one-eighth of the period of the parameterized industrial frequency [0..1 / (8 * f0)].
  • the periodic envelope of the voltage across the circuit-breaker, which has beats, the periodic envelope of period 1 / (f0-f ') of which is to be reconstructed, is closed by closing on a minimum local (“hollow") of this envelope, choosing and dating (t be at) the trough closest to the center of the analysis window and proposing optimal closing dates:
  • prony (t) A e a ' ' .cos (2jû ./'.t + (p ') +
  • the model being sampled at the same sampling frequency as the data from the acquisition
  • the line voltage is low-pass filtered, then a zero crossing is sought, by linear interpolation between two samples, corresponding to a positive dV / dt in the voltage table provided, the closest to the middle of the window, we then apply an angular offset corresponding to the parameterized value for the phase considered, taking into account the line frequency supplied f ', we then propose dates that fall in the window [t3, t4 ], in shifts of a multiple of the period of the line voltage with:
  • topt (k) tdecaled + k / f
  • the optimality combining two criteria: dispersion of the weakest dates and dates most possible near the beginning of the parameterized closing window.
  • dispersion of the weakest dates and dates most possible near the beginning of the parameterized closing window.
  • the method of the invention therefore proposes:
  • the method of the invention has, in addition, the following advantages:
  • CVT continuous capacitive dividers
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a device for controlling a current interruption apparatus in a high-voltage network, implementing the method of the invention
  • FIG. 3 illustrates a state machine illustrating the steps of the method of the invention, for a phase of the network
  • FIG. 4 illustrates the selection of a source min / max strategy
  • FIGS. 5 and 6 illustrate operating chronograms of the control device embodying the method of the invention
  • Figures 7 and 8 respectively illustrate closures in angular offset and vacuum transformer, with isolated neutral.
  • FIG. 1 illustrates a device for controlling a switching device in a high voltage network in which the method of the invention can be implemented.
  • Figure 2 illustrates the diagram of the internal functions of this device.
  • - TOR all or nothing, binary information, boolean.
  • the main user parameters of the control device are:
  • tl start_window_remember - time_mechanical_close - time_calculate
  • the delays t1 and t2 are counted from the instant of reception of the opening order (order_0), as illustrated in FIG.
  • FIG. 1 shows an electrical circuit comprising successively between the ground and a point P of connection to the high-voltage electrical network:
  • the control device 17 receives different signals from this electrical circuit:
  • This control device as illustrated in FIG. 2, comprises:
  • a digital acquisition module 20 receiving the digital inputs
  • an analog acquisition module 21 receiving the analog inputs
  • a digital output module 22 delivering the digital outputs: individual closing commands for each of the phases A, B, C,
  • a real-time algorithm module 23 located between the input and output modules 20, 21 and 22.
  • phase A only one source voltage is acquired (phase A): the two others (phases B and C) are reconstituted by calculation: filtering, phase shift of k * 120 ° taking into account the identification of the acquired tension.
  • the phase shift is done by linear interpolation on the date (delay / advance) corresponding to the phase shift (measured industrial frequency, "fOm").
  • a more powerful interpolation polynomial or in cardinal sine, with the defect of a cost in heavier calculation
  • FIG. 3 To close the circuit breaker (to let the current flow), the general control algorithm, illustrating the steps of the method of the invention, is shown in FIG. 3 in the form of a state machine (state machine). -transition) corresponding to a phase.
  • state machine state machine
  • the numbers "1" indicate an unconditional transition at the output of a state: as soon as the state has finished processing, the transition takes place.
  • x A, B or C.
  • timeout t2 which makes it possible to differentiate the cases of simple closure from the cases of fast reclosing (duration elapsed between opening order and closing order),
  • t1 which is a parameter which gives the user the possibility of not closing the breaker too early even if the closing order arrives early.
  • the measuring reducers for the voltage (TT) generally not providing the DC voltage information: Indeed a voltage signal zero line side after opening (it does not there is more current flowing) can correspond to a trapped charge, therefore to a DC voltage on the line which, in the worst case, is equal to the rated earth phase peak voltage. Then there would remain an ambiguity. So we rely on the history of events to make a correct strategy choice.
  • the method of the invention makes it possible to distinguish between two scenarios, that of simple closure 25 and that of rapid reclosing cycle 26: 1) Simple closing cycle (25)
  • phase A At the end of this time, one automatically switches to a state of waiting 37 ("possible waiting for other phases") where it is necessary to resynchronize with the other phases to be closed.
  • the exit condition of this state is given below for phase A:
  • a closing order (order_F) arrives while the delay t2 is not reached, it switches to the fast reclosing cycle. The instant of arrival of the closing order is then dated (45) and it is put on hold. If the current relative date is greater than time t1 (user parameter), a line-side voltage analysis (46) is started.
  • FIG. 6 A timing diagram of the operation of the device implementing the method of the invention, in the case of simple closure, is illustrated in FIG. 6. This figure shows the closing window between the instants t3 and t4. We will analyze below the various modules illustrated in Figure 3, as well as different features of the method of the invention.
  • the observation of the currents through the circuit-breaker takes place permanently ("rest” state), so as to have a sufficiently long history before the opening order, which is the first known event of the control device.
  • the controller continuously acquires the currents and calculates, over a period of the industrial frequency, the RMS value for each phase, which is stored in memory. We keep the last of these values, for example the last 100 values, in a "historical" circular buffer.
  • the Boolean flag is updated in the same way.
  • the voltage analysis is done by attempting to match a twelve-parameter model on a signal window, typically 100 ms.
  • the sampling step is typically 1ms.
  • This model is a sum of three damped sinusoids (called "mode") of amplitudes A ', A “and A'", of phases ⁇ ', ⁇ "and ⁇ '" of frequency f ', f "and f '” and damping factors ⁇ ', a "and a '”.
  • pronyit A'.e a'J . cos (2 .f'j + I ') + A''£ a "J. cos (2 .f I" j + ") + A'" £ a '"J. cos (2 I ./" 7 + ⁇ "')
  • the amplitudes A ', A' ', A' '' are ranked in descending order, so as to favor the mode of higher amplitude, which is generally distinguished from others.
  • the "out-of-range" condition indicates that the frequency in question does not belong to the interval [fl f2] nor to f0m ⁇ l%, f1 and f2 being parameter frequencies of the application and f0m the measured industrial frequency.
  • the line side does not produce oscillation and a trapped charge is suspected because the phase in question is healthy.
  • the circuit breaker at the other end of the line has already closed, the line is at the industrial frequency and the terminal voltage is possibly sinusoidal due to the possible phase shift between source and line voltages.
  • the optimal dates are the valleys of the envelope of the terminal voltage.
  • - Psource is the power of the source voltage signal, calculated on the same time window as the one where the line-side analysis is performed, ie on N window points.
  • test 53 to know if this instant was found, a test 54 to know if there is slow decay, which makes it possible to choose:
  • phase calculated according to the zero crossings in the window considered.
  • three future points are extrapolated using the estimated model and the average of the three deviations with the actual signal is calculated. If this average exceeds a determined threshold, the detection of the tO reached is considered.
  • This threshold is, for example, positioned at 60% of the estimated amplitude of the model for the first signal window (first iteration). The time t0 is then estimated at a sampling step before the detection.
  • the voltage across the circuit breaker is therefore the source voltage, sinusoidal at the industrial frequency f0, shifted by a constant value (at the time scale of the rapid reclosing cycle).
  • the sign of this constant value must be determined by determining the algebraic value of the line voltage at time t0. If this sign is positive, the closing is done on a source voltage maximum, and conversely if this sign is negative, it is closed on a minimum of source voltage. So the target date is the date of this maximum or minimum increased (shifting "right" to higher dates) by the value:
  • - A is the nominal voltage value parameterized, phase-earth
  • This calculated, positive value is limited to one eighth of the parameterized power frequency period, [0..1 / (8 * f0)].
  • the algorithm locates and dates the extrema concerned (minimum or maximum) and proposes a table of closure dates that fall into the reclosing window [t3, t4] (k integer positive):
  • Sig_demod_cos filter_zd [signal (t) * cos (2 * pi * Fc * t)]
  • Sig_demod_sin filter_zd [signal (t) * sin (2 * pi * Fc * t)]
  • Phi (t) 2 * atan2 (sig_demod_cos (t), sig_demod_sin (t)),
  • Envelope (t) 2 * [sig_demod_cos (t). * sin (phi (t) / 2) + sig_demod_sin (t). * cos (phi (t) 12)]
  • Prony's analysis of the source voltage on a contemporary window of the 100 ms window which is used for the previous line-side voltage analysis. selection of the dominant mode on the source side and the three modes on the line side, to form a voltage model at the terminals of the circuit breaker, in four modes,
  • prony (t) A e a ' ' .cos (2jû ./'.t + (p ') +
  • the model being sampled at the same sampling frequency as the data from the acquisition
  • the line voltage is filtered low-pass (reuse of the filter of the source voltage reconstitution function).
  • An angular offset is then applied corresponding to the parameterized value for the phase considered, taking into account the line frequency supplied f (obtaining a later date tdécalé).
  • topt (k) tdecaled + k / f
  • each strategy takes place as quickly as possible, taking into account the on-board computing power, and results in a set (table) of optimal closure dates in the targeted closure window (parameters).
  • the subsequent step 38 in the algorithm which is common to the three phases A, B and C (thus to three state machines) aims to choose, for each phase to close, an optimal date.
  • Optimality combines two criteria: the weakest date dispersion (so as to minimize the change in the maneuvering conditions caused by the first phase that closes on the following ones) and the closest possible dates to the beginning of the closing window (the prediction becomes less and less precise as one moves away from the analysis window).
  • the dispersion criterion does not apply and the first accessible date is chosen (taking into account the mechanical time of the circuit breaker).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'un appareil d'interruption du courant dans un réseau électrique haute tension. Ce procédé comprend pour chaque phase (A, B, C): -une étape d'obtention des tensions sources manquantes à partir d'une tension source acquise, -une étape de discrimination phase saine / phase en défaut, -une étape d'analyse de tension par tentative d'adéquation d'un modèle sur une fenêtre de signal, -une étape de choix d'une stratégie de fermeture simple ou de refermeture de l'appareil de coupure en fonction de conditions de choix, -une étape de calcul d'un jeu de dates de refermeture optimales pour chaque phase selon la stratégie choisie, -une étape de sélection d'une date optimale parmi les dates optimales proposées et de fermeture des phases de l'appareil d'interruption du courant.

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UN APPAREIL D'INTERRUPTION DE COURANT DANS UN RESEAU ELECTRIQUE HAUTE TENSION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L' invention concerne un procédé de commande d'un appareil d'interruption de courant dans un réseau électrique haute tension.
Dans la suite, pour simplifier la description, on considère un appareil d'interruption de courant de type disjoncteur, un appareil ayant la capacité de couper un courant de court circuit.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
L' invention concerne un procédé de réduction des surtensions liées à la manœuvre d'un appareil d' interruption de courant dans un réseau électrique haute tension, procédé permettant de déterminer de manière optimale les moments de commutation de cet appareil.
Dans l'art connu, de tels dispositifs de commande sont à la fois conçus pour surveiller l'état des fonctionnement d'appareils d'interruption du courant et pour envoyer des avertissements anticipés, ce qui représente le meilleur moyen pour éviter des pannes de réseau et pour étendre la durée de vie de ces appareils. Des dispositifs de commande de l'art connu intègrent de nouvelles fonctionnalités, qui permettent de rendre ceux-ci «intelligents», en diagnostiquant non seulement l'état des paramètres propres de l'appareil d' interruption du courant mais également les paramètres du réseau. Ils peuvent ainsi donner des ordres locaux d'ouverture ou de fermeture des appareils électriques qu'ils surveillent.
Ainsi, comme décrit dans le document référencé [1] en fin de description, plusieurs paramètres d'un disjoncteur sont à prendre en considération :
- énergie emmagasinée (pression, charge du ressort, etc.),
- tensions de commande,
- états et caractéristiques du milieu d'extinction de 1 ' arc,
- température ambiante,
- nombre de manœuvres précédentes,
- effets de vieillissement,
- intervalles entre manœuvres.
L' influence de ces paramètres sur le temps de manœuvre est fortement liée à la conception du disjoncteur et doit être évaluée pour chaque application .
Plusieurs paramètres du réseau peuvent, également, être surveillés afin de fournir une intelligence adéquate au dispositif de commande. Dans la plupart des cas, une surveillance de la tension du coté source de l'appareil d'interruption est requise. Il est nécessaire dans certains cas de surveiller la tension du coté charge de l'appareil d'interruption, ainsi que le courant traversant celui-ci.
II faut rappeler que les manœuvres de disjoncteurs haute tension, notamment de disjoncteurs de ligne, occasionnent des surtensions et des courants d'appel transitoires importants qui obligent à sur- dimensionner les infrastructures de transport d'électricité : dimensions des pylônes, taille des parafoudres.... Ces surtensions et ces courants d'appel sont un facteur de contrainte important pour le matériel haute tension, en particulier les transformateurs. La manœuvre d'un tel disjoncteur au moment optimal par rapport aux conditions de tension existant à ses bornes, permet de réduire ces surtensions et/ou ces courants d'appel. Mais, un tel disjoncteur présente un temps de manœuvre long, par exemple 50 ms, entre l'instant où l'on donne l'ordre de fermer et l'instant où les contacts principaux se ferment. Si la prévision d'un point optimal de manœuvre est facile dans le cas de signaux purement sinusoïdaux (manœuvre de réactances, de transformateurs, de bancs de condensateurs), elle l'est beaucoup moins dans le cas d'une application « ligne de transmission» ou les formes d'ondes sont complexes et très variables.
Le domaine d'application de la présente invention est donc celui de la fermeture synchrone de disjoncteurs haute tension (POW, « point on wave switching ») , en permettant la prédiction précise et fiable des instants optimaux de manoeuvre pour limiter des phénomènes d'oscillations sur le réseau haute tension, susceptibles de provoquer des surtensions importantes et des détériorations du matériel électrique, en tenant compte du problème des manœuvres de lignes compensées ou non. Parmi les dispositifs de l'art connu, il existe notamment les résistances d' insertion, comme décrit dans le document référencé [2] . Mais celles-ci entraînent un surcoût important.
L'invention a pour objet un procédé utilisant une nouvelle loi de commande permettant de mieux prédire le moment idéal de la fermeture d'un appareil électrique d' interruption de courant dans un réseau haute tension.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
L' invention concerne un procédé de commande d'un appareil d'interruption du courant dans un réseau électrique haute tension comprenant typiquement un générateur, un transformateur de puissance, un transformateur de courant triphasé, un transformateur de tension monophasé côté source, un transformateur de tension triphasé côté ligne, un disjoncteur et son armoire de commande, une ligne de transmission, caractérisé en ce qu'il comprend pour chaque phase :
- une étape d'obtention des tensions sources manquantes à partir de l'unique tension source acquise,
- une étape de discrimination phase saine/phase en défaut,
- une étape d'analyse de tension par tentative d'adéquation d'un modèle sur une fenêtre de signal,
- une étape de choix d'une stratégie de fermeture simple ou de refermeture de l'appareil de coupure en fonction de conditions de choix, - une étape de calcul d'un jeu de dates de refermeture optimales pour chaque phase selon la stratégie choisie,
- une étape de sélection d'une date optimale parmi les dates optimales proposées et de fermeture des phases de l'appareil d'interruption du courant.
Avantageusement dans l'étape d'obtention de la tension source, on a :
- une étape d'acquisition d'une tension source correspondant à une phase,
- une étape de reconstitution des deux autres tensions sources correspondant aux deux autres phases, par calcul .
Avantageusement, l'ensemble des signaux analogiques est échantilloné à la cadence de 1ms, et ceci bien que la précision attendue dans la détermination par le calcul des instants optimaux de manœuvre est bien inférieure à la ms, typiquement lOOys .
Avantageusement, on réalise la discrimination phase saine/phase en défaut en effectuant en permanence l'acquisition des courants et en calculant, sur une période de la fréquence industrielle, la valeur quadratique moyenne, ou RMS, pour chaque phase, que l'on stocke en mémoire, et lors d'un ordre d'ouverture on termine le calcul de la valeur RMS en cours et on la compare à la moyenne des n (par exemple 100) valeurs stockées en mémoire, si cette valeur courante dépasse d'une valeur paramétrée cette valeur moyenne ainsi que la valeur nominale paramétrée du courant I nominal divisée par 10 alors la phase est considérée en défaut.
Avantageusement, on réalise la discrimination phase saine/phase en défaut, dans le cas où l'ordre d'ouverture intervient alors que les n valeurs RMS stockées en mémoire ne sont pas atteintes, en calculant la valeur RMS courante sur les M=round ( 1 / ( f0 *Ts ) ) points suivants l'apparition de l'ordre d'ouverture, une phase étant considérée comme étant en défaut si la valeur RMS de courant dépasse la valeur nominale de courant assignée en paramètre, en tenant compte d'une marge de 25%.
Avantageusement, l'analyse de tension se fait par tentative d'adéquation d'un modèle à douze paramètres sur une fenêtre de signal, typiquement 100ms, ce modèle, dit de Prony, étant une somme de trois sinusoïdes amorties d'amplitude A', A", A'", de phases φ' , φ" et φ'" et de fréquences f', f", f'", et de facteurs d'amortissement α' , a' ' , CC' ' ' :
prony{t) = A'£a' cos{2ji 'l +<ç' ) + A' 'ea" cos{2ji ' 'l +<ç' ' ) + A' ' '£a'" c les amplitudes A' , A' ' , A' ' ' étant classées par ordre décroissant, de façon à privilégier le mode de plus forte amplitude, qui se distingue généralement des autres.
Avantageusement, on utilise un test de comparaison de la durée entre l'ordre d'ouverture et l'ordre de fermeture à un délai t2 pour différencier les cas de fermeture simple et les cas de refermeture rapide. Avantageusement, en cas de fermeture simple, lors de la réception d'un ordre de fermeture, on effectue une analyse de tension côté ligne et côté source sur les 100 ms de signal précédent l'ordre, et on effectue le choix d'une stratégie, et après avoir calculé un jeu de dates optimales selon cette stratégie on bascule dans une étape d' attente de resynchronisation des phases.
Avantageusement, en cas de refermeture rapide, si la date relative courante est supérieure à un délai déterminé tl, on effectue une analyse de tension côté ligne sur les 100 ms de signal précédent, et on effectue le choix d'une stratégie et après avoir calculé un jeu de dates optimales selon cette stratégie on bascule dans une étape d'attente de resynchronisation des phases.
Avantageusement, cette étape de resynchronisation facilite l'emploi d'une machine monoprocesseur pour la gestion des trois phases en temps réel qui doit se dérouler simultanément, ce qui autorise l'emploi d'une électronique simple et économique .
Avantageusement la condition de sortie de cette étape d'attente de resynchronisation des phases est donnée ci-dessous pour la phase A : (CS_x = recopie de la position de la phase x du disjoncteur, l=fermé, 0=ouvert / CALC_x = variable globale accessible en lecture, indiquant par une valeur de 1 que la phase x est d'ores et déjà en attente dans l'étape de resynchronisation, sinon 0)
CS B = 1 ET CS C = 1 OU
CS_B = 0 ET CALC_B = 1 ET CS_C = 1
OU
CS_B = 1 ET CS_C = 0 ET CALC_C = 1
OU
CS_B = 01 ET CALC_B = 1 ET CS_C = 0 ET CALC_C = 1.
Avantageusement, les conditions de choix entre les différentes stratégies sont les suivantes :
- Condl : (f hors gamme OU A' < Amin) ET (f' ' hors gamme OU A' ' < Amin) ET (f' ' ' hors gamme OU A' ' ' <
Amin) ET phase saine,
la condition « hors gamme » indiquant que la fréquence en question n'appartient pas à l'intervalle [fl, f2] ni à f0m±l%, fl et f2 étant des fréquences paramètres de l'application, fOm étant la fréquence industrielle mesurée,
- Cond2 : (f'=f0m±l% ET A' >Amin ET A''<Amin),
les valeurs [A' A' ' A' ' ' ] étant supposées classées par ordre décroissant, fOm étant la fréquence industrielle mesurée,
- Cond3 : (fl<f'<f2 ET A' >Amin ET Α''<β*Α'),
- Cond4 : (A' >Amin ET Α''>β*Α'),
- Cond5 : tO non trouvé OU décroissance trop rapide de tension ligne après tO, tO étant l'instant calculé d'isolation de la ligne,
- Cond6 : Psource < Amin2/2 ET A' > Amin ET f = f0±5%, Amin étant l'amplitude minimum en p.u. en dessous de laquelle on ne considère plus un mode oscillatoire comme significatif (paramètre) ,
Psource étant la puissance du signal tension source, calculée sur la même fenêtre temporelle que celle ou l'on fait l'analyse côté ligne, c'est-à-dire sur N points de fenêtre on dispose des échantillons Usource [0] à Usource [N-l], avec :
P source =
Le critère de « décroissance lente » étant tel que l'on travaille sur la tension ligne (Uligne) , ce critère étant vérifié si les M points de tension suivant tO sont tous supérieurs ou égaux à une fraction paramétrable de la tension en tO (M étant le nombre de points correspondant à une période de la fréquence industrielle paramétrée) : [Uligne (tO ).. Uligne (tO+M) ] >= Uligne (tO), la décroissance étant, dans le cas contraire, jugée trop rapide et
β étant une valeur paramétrée comprise entre 0 et 1.
Avantageusement, les stratégies de fermeture simple et de refermeture sont les suivantes :
- Stratégie 1 : minimum ou maximum de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/fOm (fOm : fréquence industrielle mesurée) ,
- Stratégie 2 : zéro de la tension aux bornes, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période l/(2*f0m),
- Stratégie 3 : creux de battement de la tension aux bornes, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (f0m-f') , - Stratégie 4 : zéro de la tension aux bornes, prédite par le modèle de Prony complet, les dates optimales n'étant pas périodiques,
- Stratégies 5 & 7 : zéro de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (2*f0m) ,
- Stratégie 6 : fermeture angulaire paramétrée, sur la tension ligne, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/f' , les passages par zéro étant datés et un décalage angulaire étant appliqué, ce décalage pouvant être différent d'une phase à l'autre.
Avantageusement on détermine l'instant tO d'isolation de la ligne en parcourant le signal de tension ligne, dans le sens direct, depuis une date où on est sûr que la tension vue du réducteur de mesure est sinusoïdale, en faisant une recherche en rupture de modèle sinusoïdal, sur une fenêtre glissante de taille M= round ( 1 /( fO *Ts ) ) avec un incrément de un échantillon, fO étant la fréquence industrielle paramétrée, en essayant sur chaque fenêtre de M points d'ajuster un modèle sinusoïdal par la méthode des moindres carrés non linéaires, et en utilisant pour chaque itération, un vecteur de paramètres de départ, qui est défini comme suit :
- amplitude = maximum de la fenêtre considérée,
- fréquence = fréquence industrielle paramétrée,
- phase = calculée en fonction des passages à zéro dans la fenêtre considérée, en extrapolant, à chaque itération, trois points futurs à l'aide du modèle estimé et en calculant la moyenne des trois écarts avec le signal réel, en considérant que la détection de l'instant tO est atteinte si cette moyenne dépasse un seuil déterminé. Ce seuil peut être positionné à 60% de l'amplitude estimée du modèle pour la première fenêtre de signal.
Avantageusement on met une butée dans la recherche de cet instant tO matérialisée par le fait d'avoir les deux conditions suivantes remplies :
• délai tl atteint, et
• ordre de fermeture arrivé.
Avantageusement dans la stratégie 1, la tension aux bornes du disjoncteur étant la tension source, décalée d'une valeur constante, on détermine le signe de cette valeur constante en observant la valeur algébrique de la tension ligne à l'instant tO, si ce signe est positif, on réalise la fermeture sur un maximum de tension source, et inversement si ce signe est négatif, on réalise cette fermeture sur un minimum de tension source. Ainsi, la date visée est la date de ce maximum ou de ce minimum augmentée de la valeur : • décalage= (arccos ( Uligne (tO ) | /A) ) / (2. . f0m) si Uligne (tO) | <A, ou
· décalage =0 si | Uligne (tO) | >=A, avec :
- A : valeur de tension nominale paramétrée, phase- terre,
- fOm : fréquence industrielle mesurée,
- Uligne (tO) : valeur de tension ligne à l'instant tO, on repère et date les extremas concernés et on propose un tableau de dates de fermeture qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
topt (k)= textrema + k/fOm + décalage.
La valeur calculée du décalage, positive, peut être limitée par un huitième de la période de la fréquence industrielle paramétrée [ 0..1 / ( 8 *f0 ) ] .
Avantageusement dans la stratégie 2, on repère et on date précisément (interpolation linéaire entre échantillons) dans le fenêtre d'analyse l'avant dernier passage à zéro par interpellation linéaire entre deux échantillons de signes opposés, et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
t0pt (k) = tzéro + k/ (2*f0m) .
Avantageusement dans la stratégie 3, on reconstitue l'enveloppe périodique de la tension aux bornes du disjoncteur, qui présente des battements, dont on veut reconstituer l'enveloppe, périodique de période 1/ (f0-f' ) , en fermant sur un minimum local (« creux ») de cette enveloppe, en choisissant et datant (tbeat ) le creux le plus proche du centre de la fenêtre d' analyse et en proposant des dates de refermeture optimales :
t0pt (k) = tbeat + k/(f0m-f)
qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] .
Avantageusement dans la stratégie 4, on ne retient que les passages à zéro de la tension aux bornes du disjoncteur qui suivent un lobe de tension « petit » en amplitude, avec les étapes suivantes : - analyse de Prony sur la tension source sur une fenêtre contemporaine de la fenêtre de N points qui est utilisée pour la précédente analyse de tension côté ligne,
- sélection du mode dominant côté source et des trois modes côté ligne, pour former un modèle de tension aux bornes du disjoncteur, à quatre modes,
- reconstitution de la forme d'onde de tension aux bornes du disjoncteur dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] selon la forme analytique du modèle :
prony(t) = A ea '' .cos(2jû ./'.t + (p') +
A".ea" ' .∞s(2. .f".t + φ") +
A' ".ea'"' .∞s(2. .f'".t + ($>'") +
,i; . '''" . cos(2. J ./ + 9; )
le modèle étant échantillonné à la même fréquence d'échantillonnage que les données issues de 1' acquisition,
- repérage grossier de tous les extrema dans la fenêtre considérée :
(prony [ (k-1) s] < prony[kTs] ET prony[kTs] > prony [ (k+1) s] ) ou (prony [ (k-1) s] > prony[kTs] ET prony [kTs] < prony [( k+1 ) Ts ] ) : l'instant correspondant à l'indice k correspond à un extrema,
- sélection des 10% des extrema ou de tous, si les 10% de la quantité totale sont inférieurs à 10, dont la valeur absolue de l'amplitude est la plus petite,
- estimation fine (interpolation linéaire entre échantillons) des instants de passage à zéro suivant chaque extrema sélectionné précédemment, ces instants étant donc retournés. Avantageusement dans les stratégies 5 et 7, on date précisément l'avant dernier passage à zéro « tzero » de la tension source dans la fenêtre d'analyse, par interpolation linéaire entre deux échantillons, et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
topt (k) = tzéro + k/ (2*f0m) .
Avantageusement dans la stratégie 6, dans un premier temps, on filtre passe-bas la tension ligne, on cherche ensuite précisément un passage à zéro, par interpolation linéaire entre deux échantillons, correspondant à un dV/dt positif dans le tableau de tension fourni, le plus proche du milieu de la fenêtre, on applique ensuite un décalage angulaire correspondant à la valeur paramétrée pour la phase considérée, en tenant compte de la fréquence ligne fournie f' , on propose alors des dates qui tombent dans la fenêtre [t3, t4], en décalages d'un multiple de la période de la tension ligne avec :
topt (k) = tdécalé + k / f
les dates de fermeture ainsi proposées étant indépendantes pour chaque phase.
Avantageusement on retourne, en cas d'échec de la stratégie choisie, un tableau vide.
Avantageusement dans l'étape de fermeture commune aux trois phases, on choisit, pour chaque phase à refermer, une date optimale parmi le jeu de dates proposées, l'optimalité combinant deux critères : dispersion des dates la plus faible et dates les plus proches possibles du début de la fenêtre paramétrée de refermeture. On peut sélectionner le triplet ou couple dont l'exponentielle de la différence des deux dates extrêmes, exprimées en millisecondes, multipliée par la distance à l'instant t3 ou à la première date accessible, dates exprimées en secondes, est minimum. Si une seule phase est à refermer, on choisit la première date accessible.
Avantageusement dans le cas ou des erreurs de calcul se sont produites dans les applications de stratégie, on suit la stratégie suivante :
- trois phases A, B et C à refermer, un tableau vide : on ferme successivement les deux phases correctes, puis on ferme la troisième phase T0/2 après la dernière phase, T0 étant la période de la fréquence industrielle mesurée, 1/fOm,
- trois phases A, B et C à refermer, deux tableaux vides : on ferme la phase correcte au plus tôt, la deuxième phase T0/2 plus tard, la troisième phase encore T0/2 après,
- trois phases A, B et C à refermer, trois tableaux vides : on ferme aux instants (t3+t4)/2, (t3+t4) /2+T0/2, (t3+t4) /2+T0,
- une phase à refermer, un tableau vide : on ferme à l'instant (t3+t4)/2.
Le procédé de l'invention propose donc :
- un listage des différentes stratégies de fermeture/refermeture optimales pour tous les cas de figure rencontrés en pratique, - un algorithme permettant un choix sans ambiguïté entre ces différentes stragégies,
- un choix par estimation des paramètres d'un modèle analytique suffisamment générique, et par comparaison des paramètres de ce modèle à des valeurs prédéterminées .
Le procédé de l'invention permet notamment d' obtenir les résultats avantageux suivants :
- viser précisément un point optimal de manœuvre, en sachant que la diversité des situations rencontrées est grande,
- obtenir un comportement auto-adaptatif imposé par la diversité des cas rencontrés, en sachant choisir la bonne stratégie de manœuvre en fonction des conditions de tension aux bornes du disjoncteur au moment où l'on veut le manœuvrer,
- minimiser statistiquement le recours à une stratégie de défaut (cas où on n'a pu identifier une stratégie adaptée) ,
- effectuer une estimation rapide et précise des instants de manœuvre optimaux (aspect temps réel) ,
- minimiser la dispersion entre les trois phases à manœuvrer (influence de la première phase qui referme sur les conditions de fermeture des phases suivantes) .
Le procédé de l'invention présente, en outre, les avantages suivants :
- automaticité du choix de stratégie : en particulier le dispositif de commande sachant en particulier distinguer automatiquement entre le cas des lignes compensées et le cas des lignes non compensées, - procédé précis et rapide permettant un choix fiable entre différentes stratégies de fermeture et un calcul fiable et précis de dates de fermeture optimales ,
- solution peu onéreuse par rapport à une solution à base de résistances d' insertion,
- installation facile sur des disjoncteurs existants,
- compatibilité avec les réducteurs de mesure de tension ne passant pas le continu (diviseurs capacitifs non compensés, ou « CVT ») , ce qui constitue la majorité des cas en pratique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif de commande d'un appareil d'interruption de courant dans un réseau haute tension, mettant en œuvre le procédé de l'invention,
- La figure 3 illustre une machine d'état illustrant les étapes du procédé de l'invention, pour une phase du réseau,
- la figure 4 illustre la sélection d'une stratégie min/max source,
Les figures 5 et 6 illustrent des chronogrammes de fonctionnement du dispositif de commande mettant en œuvre le procédé de l'invention,
Les figures 7 et 8 illustrent respectivement des fermetures en décalage angulaire et à transformateur à vide, avec neutre isolé. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La figure 1 illustre un dispositif de commande d'un appareil de coupure dans un réseau haute tension dans lequel le procédé de l'invention peut être mis en œuvre. La figure 2 illustre le diagramme des fonctions internes de ce dispositif.
Sur ces figures on utilise les abréviations suivantes :
- TT : transformateur de tension,
- TC : transformateur de courant,
- TOR : tout ou rien, information binaire, booléen.
- CS : contact secondaire accessible à l'utilisateur, recopie de la position du disjoncteur haute tension, une valeur logique « 0 » indiquant que le disjoncteur est ouvert, et une valeur logique « 1 » indiquant que le disjoncteur est fermé.
- CALC_x (CALC_A, CALC_B, CALC_C) : variable globale ; chaque machine d'état ayant ainsi accès (en lecture seule) à la variable des autres phases. Son but est d'indiquer (CALC_x=l) que le calcul de stratégie a été effectué et que la machine d'état de la phase correspondante est en attente de synchronisation.
Les principaux paramètres utilisateurs du dispositif de commande sont les suivants :
- fO : fréquence industrielle du réseau,
- fl, f2 : fréquences limites basse et haute, entre lesquelles on considère que la ligne sur laquelle est inséré le disjoncteur est compensée et que l'on est sur une phase saine (sans défaut) , des valeurs typiques étant : fl=20Hz, f2=0.9*f0, - Amin : amplitude minimum en p.u. (par unité) en dessous de laquelle on ne considère plus un mode oscillatoire comme significatif,
- tl : délai à partir duquel on peut démarrer une procédure de refermeture : tl = debut_fenetre_refermeture - temps_mécanique_fermeture - temps_calcul ,
- t2 : délai au-delà duquel on considère que l'on bascule dans la fermeture simple (on n'a pas reçu l'ordre de refermeture),
- [t3, t4] : fenêtre de refermeture visée,
- délais ou « Timeouts » sur les attentes basculement de CS,
- trois angles pour la fermeture sur chaque phase PhA, PhB, PhC,
- β, valeur comprise entre 0 et 1, fraction limite du mode principal pour considérer un mode secondaire comme significatif (valeur par défaut : 0.5) .
Les délais tl et t2 sont comptés à partir de l'instant de réception de l'ordre d'ouverture (ordre_0), comme illustré sur la figure 5.
Sur la figure 1, est représenté un circuit électrique comprenant successivement entre la masse et un point P de connexion au réseau électrique haute tension :
- un générateur 10,
- un transformateur de puissance 11,
- un transformateur de courant 12,
- un disjoncteur et son armoire de commande 13,
- une ligne de transmission 14. Le dispositif de commande 17 reçoit différents signaux de ce circuit électrique :
- des entrées analogiques issues du transformateur de courant 12 (courant disjoncteur I_disj), et de l'entrée (tension source U_source) et de la sortie (tension ligne U_ligne) du disjoncteur et de l'armoire de commande 13 au travers de transformateurs de tension 15 et 16,
- des entrées TOR (trois ordres d'ouvertures unitaires ordres_0_uni , un ordre_0_tri commun aux trois phases, un ordre de fermeture ordre_F_tri commun aux trois phases, et trois CS_ABC indiquant la position du disjoncteur), et
- des sorties TOR (trois ordres_F_ABC unitaires) .
Ce dispositif de commande, comme illustré sur la figure 2, comprend :
un module d'acquisition numérique 20 recevant les entrées TOR,
- un module d'acquisition analogique 21 recevant les entrées analogiques,
un module de sortie numérique 22, délivrant les sorties TOR : ordres de fermeture individuels pour chacune des phases A, B, C,
- un module algorithme temps réel 23 situé entre les modules d'entrée et de sortie 20, 21 et 22.
Dans un souci d'économie, on ne fait l'acquisition que d'une seule tension source (phase A) : les deux autres (phases B et C) sont reconstituées par calcul : filtrage, déphasage de k*120° en tenant compte du repérage de la tension acquise. Le déphasage est fait par interpolation linéaire à la date (retard/avance) correspondant au déphasage (fréquence industrielle mesurée, « fOm ») . Une interpolation plus performante (polynomiale ou en sinus cardinal, avec le défaut d'un cout en calcul plus lourd) n'est pas nécessaire car on ne s'intéresse qu'aux passages à zéro de cette tension source, zone ou l'approximation linéaire est très bonne.
Pour la fermeture du disjoncteur (pour laisser ainsi passer le courant), l'algorithme général de commande, illustrant les étapes du procédé de l'invention, est représenté sur la figure 3 sous la forme d'une machine d'état (automate état-transition) correspondant à une phase. Sur cette figure, les chiffres « 1 » indiquent une transition non conditionnelle en sortie d'un état : dès que l'état a terminé son traitement, la transition a lieu. Il y a ainsi trois machines d'état qui s'exécutent en parallèle, chacune étant chargée d'une phase A, B ou C pour un disjoncteur triphasé. Ainsi pour la phase « x » on peut avoir x = A, B ou C .
Les points remarquables de cet algorithme sont les suivants :
- un délai (« timeout ») t2, qui permet de différencier les cas de fermeture simple des cas de refermeture rapide (durée écoulée entre ordre d'ouverture et ordre de fermeture) ,
- un délai tl, qui est un paramètre qui donne à l'utilisateur la possibilité de ne pas refermer trop tôt le disjoncteur même si l'ordre de refermeture arrive tôt. - une séparation possible des cas de fermeture simple/refermeture rapide et phase saine/phase en défaut, ce qui permet de discriminer le cas de la charge piégée (cycle de refermeture rapide, phase saine, ligne non compensée) du cas de la mise sous tension de la ligne (fermeture simple, tension ligne non significative) , les réducteurs de mesure pour la tension (TT) ne fournissant en général pas l'information tension continue : En effet un signal de tension nul côté ligne après ouverture (il n'y a plus de courant qui circule) peut correspondre à une charge piégée, donc à une tension continue sur la ligne qui, dans le pire cas, est égale à la tension crête phase terre nominale. Il subsisterait alors une ambiguïté. On se base donc sur l'historique des événements pour faire un choix de stratégie correct.
Le procédé de l'invention permet de distinguer deux cas de figure, celui de la fermeture simple 25 et celui du cycle de refermeture rapide 26 : 1 ) Cycle de fermeture simple (25)
A la mise sous tension, l'algorithme (ou machine d'état) se retrouve dans l'état de repos 30, correspondant à un état disjoncteur fermé. Si le disjoncteur est déjà ouvert (CS_x=0), on passe directement dans un état d'attente 31. On sort de cet état en cas de changement du CS (CS_x=l), auquel cas une alarme 32 est levée (manoeuvre sans ordre) et on retourne dans l'état de repos 30. On sort également de cet état en cas de réception d'un ordre de fermeture ordre F. Dans ce cas, l'ordre est daté en 33 et on démarre une analyse de tension côté ligne et source 34 par exemple sur les 100 ms de signal précédent. Selon les résultats de cette analyse 34 (voir condition 6) on choisit d'appliquer la stratégie 6 (35) ou 7 (36) . Cela dure le temps nécessaire pour calculer un jeu de dates optimales dans la fenêtre de fermeture visée.
Au bout de ce temps, on bascule automatiquement dans un état d'attente 37 (« attente éventuelle des autres phases ») où il faut se resynchroniser avec les autres phases à refermer. La condition de sortie de cet état est donnée ci-dessous pour la phase A :
CS_B = 1 ET CS_C = 1
OU CS_B = 0 ET CALC_B = 1 ET CS_C = 1
OU
CS_B = 1 ET CS_C = 0 ET CALC_C = 1
OU
CS_B = 01 ET CALC_B = 1 ET CS_C = 0 ET CALC_C = 1
Une fois cette synchronisation obtenue, on choisit pour les phases à refermer (CS_x=0) une date optimale parmi celles proposées, et on ferme les phases en 38 en tenant compte du temps mécanique nécessaire du disjoncteur pour la fermeture.
Le retour à l'état de repos se fait après vérification du basculement du CS (CS_x=l) indiquant que la phase est effectivement fermée, et après archivage 40 de la séquence. Si un délai « timeout » sur le basculement de CS est atteint, une alarme 39 est levée et on revient à l'état de repos. 2 ) Cycle de refermeture rapide (26)
Dans l'état de repos 30, on peut sortir de cet état par la réception d'un ordre d'ouverture (ordre_0_x) . Après datation de l'ordre d'ouverture, on détermine en 42 si la phase est ouverte suite à un défaut ou non, par observation du courant, et on mesure, par analyse de la tension source avant ouverture, la fréquence industrielle du réseau, fOm. Puis on se met en attente (43) .
On sort de cette attente par basculement du
CS (CS_x=0) indiquant l'ouverture effective du disjoncteur. Si un délai « timeout » sur le basculement de ce CS est atteint, on retourne à l'état de repos en positionnant une alarme 44. L'instant de basculement du CS est alors daté et on se remet en attente.
Si un délai « timeout » t2 est dépassé (paramètre) , alors on rebascule dans le cas de fermeture simple qui a déjà été décrit plus haut.
Si un ordre de fermeture (ordre_F) arrive alors que le délai t2 n'est pas atteint, on bascule dans le cycle de refermeture rapide. L'instant d'arrivée de l'ordre de fermeture est alors daté (45) et on se met en attente. Si la date relative courante est supérieure à délai tl (paramètre utilisateur) , on lance une analyse de tension côté ligne (46) .
Selon les résultats de cette analyse (voir conditions 1 à 5) , on choisit d'appliquer une stratégie parmi les stratégies 1, 2, 3, 4 ou 5 (47-51) . Pendant la stratégie 1, une vérification supplémentaire sur l'opportunité d'appliquer cette stratégie est faite : si la condition n'est pas remplie, on rebascule dans la stratégie 5 (51) . Cela dure le temps de calcul nécessaire pour calculer un jeu de dates optimales dans la fenêtre de fermeture visée.
Au bout de ce temps de calcul, on bascule automatiquement dans un état d'attente (37) (« attente éventuelle des autres phases ») ou il faut se resynchroniser avec les autres phases à refermer. La condition de sortie de cet état est la même que celle donnée ci-dessus pour le cycle de fermeture simple.
La fin de l'algorithme (38) est commune aux deux cycles 25 et 26 et a déjà été décrite plus haut.
Un chronogramme du fonctionnement du dispositif mettant en œuvre le procédé de l'invention, en cas de refermeture rapide, est illustré sur la figure 5. Sur cette figure apparaît l'historique de surveillance des courants avant t=0 (ordre d'ouverture), et la fenêtre de refermeture entre les instants t3 et t4.
Un chronogramme du fonctionnement du dispositif mettant en œuvre le procédé de l'invention, en cas de fermeture simple, est illustré sur la figure 6. Sur cette figure apparaît la fenêtre de fermeture entre les instants t3 et t4. On va analyser ci-dessous les différents modules illustrés sur la figure 3, ainsi que différentes caractéristiques du procédé de l'invention.
A) Discrimination phase saine/phase en défaut (42)
L'observation des courants à travers le disjoncteur a lieu en permanence (état de « repos ») , de manière à avoir un historique suffisamment long avant l'ordre d'ouverture, qui est le premier événement connu du dispositif de commande. Le dispositif de commande fait en permanence l'acquisition des courants et calcule, sur une période de la fréquence industrielle, la valeur quadratique moyenne (« RMS ») pour chaque phase, qui est stockée en mémoire. On conserve les dernières de ces valeurs par exemple les 100 dernières valeurs, dans un buffer circulaire « historique ». Dès réception d'un ordre d'ouverture "ordre_0", on termine le calcul de la valeur RMS en cours. Si cette valeur dépasse d'une valeur paramétrable de X% (X=20% valeur par défaut) la moyenne des 100 valeurs stockées en mémoire, et InOminai/10 (paramètres) , alors on considère que la phase considérée est en défaut. On positionne alors à « 1 » un indicateur booléen, pour utilisation ultérieure. Cet indicateur est remis à « 0 » lors de l'opération de fermeture suivante.
Trois grandeurs, à S âVOïX" "6 de dépassement, nombre de valeurs RMS stockées, seuil de considération du défaut, figurent dans le jeu de paramètres. Le chiffre arbitraire de 100 valeurs stockées en mémoire, considéré ci-dessus, permet de remonter au-delà de l'instant d'apparition du défaut (on ne connaît pas le délai du dispositif de protection qui donne l'ordre d'ouverture) et peut donc faire l'objet d'ajustements au cas par cas .
En cas d'historique insuffisant, si l'ordre d'ouverture intervient alors que les 100 valeurs RMS calculées ne sont pas atteintes (on vient de mettre l'appareil sous tension) alors le critère de discrimination est différent (fonctionnement dégradé) : on oublie l'historique et on calcule la valeur RMS courante sur les M=round ( 1 / ( f0 *Ts ) ) points suivants l'apparition de l'ordre d'ouverture (round = arrondi à l'entier le plus proche) . Une phase est considérée comme étant en défaut si la valeur RMS de courant dépasse la valeur nominale de courant assignée en paramètre, en tenant compte d'une marge de 25%.
L'indicateur booléen est mis à jour de la même manière.
B) Analyse de tension (34 ou 36)
L'analyse de tension se fait par tentative d'adéquation d'un modèle à douze paramètres sur une fenêtre de signal, typiquement 100ms. Le pas d'échantillonnage est typiquement de 1ms. Ce modèle, dit de Prony, est une somme de trois sinusoïdes amorties (appelées « mode ») d'amplitudes A', A" et A'", de phases φ', φ" et φ'" de fréquence f', f" et f'" et de facteurs d'amortissement α', a" et a'". On a ainsi :
pronyit) = A'.ea'J . cos(2 je .f'j + ' ) + A' '£a"J . cos(2 je .f"j + " ) + A" '£a'"J . cos(2 je ./" 7 + φ " ' )
Les amplitudes A' , A' ' , A' ' ' sont classées par ordre décroissant, de façon à privilégier le mode de plus forte amplitude, qui se distingue généralement des autres .
Une méthode possible, pour l'homme de l'art, pour estimer au mieux ces douze paramètres est la méthode des moindres carrés non linéaires ou toute autre méthode permettant de minimiser l'erreur quadratique moyenne entre le modèle et les données expérimentales .
C) Stratégies de fermeture simple et de refermeture (35-36, 47-51)
1. Liste des stratégies
Les stratégies de fermeture simple et de refermeture (cycle de réenclenchement rapide) sont les suivantes (on indique les points optimaux de fermeture) :
- Stratégie 1 : minimum ou maximum de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/fOm (fOm : fréquence industrielle mesurée) ,
- Stratégie 2 : zéro de la tension aux bornes du disjoncteur, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (2*f0m) ,
- Stratégie 3 : creux de battement de la tension aux bornes du disjoncteur, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (fOm-f') ,
- Stratégie 4 : zéro de la tension aux bornes du disjoncteur, prédite par le modèle de Prony complet, les dates optimales n'étant pas périodiques,
- Stratégie 5 & 7 : zéro de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (2*f0m) ,
- Stratégie 6 : fermeture angulaire paramétrée sur la tension ligne, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/f' , les passages par zéro étant datés et un décalage angulaire étant appliqué, ce décalage pouvant être différent d'une phase à l'autre.
2. Conditions de choix entre les différentes stratégies
Ces conditions sont les suivantes, les valeurs A', A", A'" étant classées par ordre décroissant :
- Condl : (f hors gamme OU A' < Amin) ET (f' ' hors gamme OU A' ' < Amin) ET (f' ' ' hors gamme OU A''' < Amin) ET phase saine.
La condition « hors gamme » indique que la fréquence en question n'appartient pas à l'intervalle [fl f2] ni à f0m±l%, fl et f2 étant des fréquences paramètres de l'application et fOm la fréquence industrielle mesurée. Le côté ligne ne produit pas d'oscillation et une chargé piégée est suspectée car la phase en question est saine.
- Cond2 : (f'=f0m±l% ET A' >Amin ET A''<Amin),
Le disjoncteur à l'autre bout de la ligne a déjà refermé, la ligne est à la fréquence industrielle et la tension aux bornes est possiblement sinusoïdale en raison du déphasage possible entre tensions source et ligne.
- Cond3 : (fl<f'<f2 ET A' >Amin ET Α''<β*Α').
La ligne oscille sur un mode unique. Un battement significatif est présent entre tension ligne et tension source. Les dates optimales sont les creux de l'enveloppe de la tension aux bornes.
- Cond4 : (A' >Amin ET Α''>β*Α'), Il existe au moins deux modes oscillatoires côté ligne, les dates optimales ne sont pas périodiques, on doit se baser sur le modèle complet pour prévoir la tension aux bornes. Les dates optimales sont les passages à zéro de la tension aux bornes.
- Cond5 : tO non trouvé OU décroissance trop rapide de tension ligne après tO,
- Cond6 : Psource < Amin2/2 ET A' > Amin ET f = f0±5%, la puissance du signal côté source, Psource, ne dépasse pas le seuil Amin2/2 indiquant un mode significatif et la plus grande des amplitudes côté ligne, A' est significative (implicitement, seul mode significatif) . La fréquence associée à ce mode significatif côté ligne f est de l'ordre de grandeur de la fréquence industrielle paramétrée f0.
Il faut remarquer que :
- Psource est la puissance du signal tension source, calculée sur la même fenêtre temporelle que celle où l'on fait l'analyse côté ligne, c'est-à-dire sur N points de fenêtre on dispose des échantillons
Usource[0] à Usource[N-l] et on a :
j -l
Psource =— * } Usource(i)2
- Le critère de « décroissance lente », qui est tel que l'on travaille sur la tension ligne Uligne, est vérifié si les M points de tension suivant tO sont tous supérieurs ou égaux à une fraction paramétrable de la tension en tO (M étant le nombre de points correspondant à une période de la fréquence industrielle paramétrée) : [Uligne (tO ).. Uligne (tO+M) ] >= Uligne (tO) . Dans le cas contraire, la décroissance est jugée trop rapide, on estime que l'on n'est pas en présence d'une charge piégée (tension constante résiduelle dans une ligne isolée) et on applique le critère de refermeture « zéro source », stratégie 5.
La sélection de la stratégie min/max source se fait donc après le parcours illustré sur la figure
4.
Sur cette figure 4, on a successivement : un test 50 pour savoir s'il n'y a aucun mode significatif côté ligne,
- un test 51 pour savoir si la phase considérée est saine,
- une recherche de l'instant tO 52,
- un test 53 pour savoir si cet instant a été trouvé, - un test 54 pour savoir s'il y a décroissance lente, ce qui permet de choisir :
• soit la stratégie 5 (55) en cas de réponse oui au test 50 et en cas de réponse non aux tests 51, 53 et 54,
· soit la stratégie 1 (56) dans le cas contraire,
• soit les autres stratégies (57) en cas de réponse non au test 50. 3. Détermination de l'instant d'isolation de la ligne (t0)
La détermination de cet instant d' isolation de la ligne tO, qui correspond à l'ouverture des deux disjoncteurs situés aux deux extrémités de celle-ci, est nécessaire dans le cas de l'application de la stratégie 1 (min ou max de tension source) . C'est le dernier des deux disjoncteurs situés à chacune des deux extrémités de la ligne qui ouvre, et donc isole la ligne, qui définit la charge piégée et l'instant ou la ligne est isolée, dans le cas ou la ligne est non compensée. Cette détermination est faite sur la tension ligne : on cherche l'instant d'extinction de la tension, le réducteur de mesure utilisé ne passant pas le continu. Cet instant n'est pas très marqué, on a un transitoire de type exp(-t/Tau) sur lequel se superposent éventuellement des pulsations dues à l'influence des deux autres phases. Pour cela, on prend en compte le signal de tension ligne, à des dates successives dans le sens de dates croissantes (sens direct) , depuis une date où on est sûr que la tension vue du réducteur de mesure est sinusoïdale (soit l'instant d'arrivée de l'ordre d'ouverture) : On fait une recherche en rupture de modèle sinusoïdal, sur une fenêtre glissante de taille M= round ( 1 /( fO *Ts ) ) avec un incrément de un échantillon, fO étant la fréquence industrielle paramétrée. Sur chaque fenêtre de M points, on essaie d'ajuster un modèle sinusoïdal à trois paramètres (amplitude, pulsation, phase : « A.cos( Q.t + φ) ») par la méthode des moindres carrés non linéaires. A chaque itération, on utilise un vecteur de paramètres de départ, qui est défini comme suit :
• amplitude = maximum de la fenêtre considérée,
• fréquence = fréquence industrielle paramétrée,
• phase = calculée en fonction des passages à zéro dans la fenêtre considérée. A chaque itération, on extrapole trois points futurs à l'aide du modèle estimé et l'on calcule la moyenne des trois écarts avec le signal réel. Si cette moyenne dépasse un seuil déterminé, on considère la détection du tO atteinte. Ce seuil est, par exemple, positionné à 60% de l'amplitude estimée du modèle pour la première fenêtre de signal (première itération) . L' instant tO est alors estimé à un pas d'échantillonnage avant la détection.
On met une butée dans la recherche de cet instant tO (cas ou la détection ne serait jamais atteinte) . Dans ce cas, on considère l'instant tO comme « non trouvé ». Cette butée est matérialisée par le fait d'avoir les deux conditions suivantes remplies :
· délai tl atteint, et
• Ordre_F arrivé.
4. Description détaillée des stratégies
1 ) Stratégie 1 : minimum ou maximum de tension source
La tension aux bornes du disjoncteur est donc la tension source, sinusoïde à la fréquence industrielle fO, décalée d'une valeur constante (à l'échelle temporelle du cycle de refermeture rapide) . Il faut déterminer le signe de cette valeur constante, en déterminant la valeur algébrique de la tension ligne à l'instant tO. Si ce signe est positif, on réalise la fermeture sur un maximum de tension source, et inversement si ce signe est négatif on réalise la fermeture sur un minimum de tension source. Ainsi, la date visée est la date de ce maximum ou de ce minimum augmentée (en se décalant « à droite » vers les dates supérieures) de la valeur :
• décalage= (arccos ( Uligne ( tO ) | /A) ) / (2. . fOm) si Uligne (tO) | <A, ou
· décalage =0 si | Uligne (tO ) | >=A,
- A est la valeur de tension nominale paramétrée, phase-terre,
- fOm est la fréquence industrielle mesurée,
- Uligne (tO) est la valeur de tension ligne à l'instant tO .
Cette valeur calculée, positive, est limitée par un huitième de la période de fréquence industrielle paramétrée, [ 0..1 / ( 8 *f0 ) ] .
Sur la fenêtre de tension source considérée pour l'analyse, l'algorithme repère donc et date les extrema concernés (minimum ou maximum) et propose un tableau de dates de fermeture qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) :
t (k)= textrema + k/fOm + décalage
En cas d'échec de la fonction (pas d' extrema identifié), le tableau retourné est vide.
2 ) Stratégie 2 : zéro de la tension aux bornes considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle
Sur la fenêtre de tension aux bornes (différentielle) considérée pour l'analyse, on repère l'avant dernier passage à zéro (repérage précis, par interpolation linéaire) , et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) :
t (k) = tzéro + k/(2*f0m) En cas d' échec de la fonction (pas de zéro identifié), le tableau retourné est vide.
3 ) Stratégie 3 : creux de battements
On travaille sur la tension aux bornes (différentielle) du disjoncteur. Cette tension, dans le cas d'une ligne compensée et d'une phase saine ou de défaut disparu, présente des battements, dont on veut reconstituer l'enveloppe, périodique de période 1/ (fO- f' ) . Le critère est de fermer sur un « creux » (un minimum local) de cette enveloppe. Une manière encore plus aboutie consiste à rechercher et à viser le vrai passage à zéro de la tension aux bornes le plus proche du creux de l'enveloppe que l'on a détecté.
Les étapes de calcul analytique suivantes permettent de faire cette reconstitution, par deux démodulations d'amplitude (en cos et sin) menées en parallèle, par estimation du déphasage source/ligne et finalement de la fonction « modulante » (enveloppe) :
• fréquence de la « porteuse » telle que : Fc= (f0+f' ) /2,
• démodulation en cosinus : signal (t) * cos (2*pi*Fc*t) ,
• démodulation en sinus : signal (t) * sin (2*pi*Fc*t) ,
• filtrage passe bas des signaux à la fréquence de coupure Fc, pour élimination de la composante haute fréquence (utilisation d'un filtre type « zéro delay » pour s'affranchir des problèmes de retard) :
Sig_demod_cos = filtre_zd [ signal (t) * cos (2*pi*Fc*t) ] , Sig_demod_sin = filtre_zd [ signal (t) * sin (2*pi*Fc*t) ],
• estimation du déphasage angulaire source/ligne, par utilisation de la fonction « atan2 » :
Phi (t) = 2 * atan2 (sig_demod_cos (t) , sig_demod_sin (t) ) ,
• obtention de l'enveloppe recherchée : Enveloppe (t) = 2 * [ sig_demod_cos (t) . *sin (phi (t) /2 ) + sig_demod_sin (t ) . *cos (phi (t ) 12 ) ]
Les minima de cette enveloppe correspondent aux creux des battements. On les date donc précisément. On en choisit un parmi plusieurs (tbeat) dans la fenêtre d'analyse et on propose des dates de refermeture optimales :
topt (k) = tbeat + k/(fOm-f)
qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] . 4 ) Stratégie 4 : zéro de la tension aux bornes par utilisation du modèle de Prony complet
On travaille sur la tension aux bornes du disjoncteur (différentielle) . Il s'agit du cas le plus difficile : la forme d'onde identifiée côté ligne ne peut pas être approximée (par exemple par une sinusoïde) : on a besoin du modèle complet (fréquences, amplitudes, phases, amortissements) afin de prédire la forme d'onde aux bornes du disjoncteur dans la fenêtre de refermeture (on a donc une forme analytique de la tension) et de sélectionner les instants de passage à zéro, sur le modèle. On ne retient que les passages à zéro qui suivent un lobe de tension « petit » en amplitude (selon un critère explicité ci-dessous) , afin de réduire le temps de pré-arc potentiel (la rigidité diélectrique du disjoncteur n'est pas infinie) .
On a donc les étapes suivantes :
- analyse de Prony sur la tension source sur une fenêtre contemporaine de la fenêtre de 100 ms qui est utilisée pour la précédente analyse de tension côté ligne, - sélection du mode dominant côté source et des trois modes côté ligne, pour former un modèle de tension aux bornes du disjoncteur, à quatre modes,
- reconstitution de la forme d' onde dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] selon la forme analytique du modèle :
prony(t) = A ea '' .cos(2jû ./'.t + (p') +
A".ea" ' .∞s(2. .f".t + φ") +
A' ".ea'"' .∞s(2. .f'".t + ($>'") +
,i; . '''" . cos(2. J ./ + 9; )
le modèle étant échantillonné à la même fréquence d'échantillonnage que les données issues de l'acquisition,
- repérage grossier de tous les extrema dans la fenêtre considérée :
(prony [ (k-1) s] < prony[kTs] ET prony[kTs] > prony [ (k+1) Ts] ) ou (prony [ (k-1) s] > prony[kTs] ET prony [kTs] < prony [( k+1 ) Ts ] ) : l'instant correspondant à l'indice k correspond à un extrema, Ts étant la période d' échantillonage,
- sélection des 10% des extrema (ou de tous, si les 10% de la quantité totale sont inférieurs à 10) dont la valeur absolue de l'amplitude est la plus petite,
- estimation fine (interpolation linéaire entre deux échantillons de signe opposé) des instants de passage à zéro suivant chaque extrema sélectionné précédemment, ces instants étant donc retournés.
En cas d'échec (pas de zéro identifié), le tableau retourné est vide. 5 ) Stratégies 5 & 7 : zéro de tension source
Sur la fenêtre de tension source considérée pour l'analyse, on repère l'avant dernier passage à zéro, « tzero » (repérage précis, par interpolation linéaire) , et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) :
topt (k) = tzéro + k/(2*f0m)
En cas d'échec (pas de zéro identifié), le tableau retourné est vide.
6) Stratégie 6 : fermeture sur paramètres angulaires, sur tension ligne
On travaille sur la tension ligne considérée comme sinusoïdale à la fréquence industrielle f0.
Dans un premier temps, la tension ligne est filtrée passe-bas (réutilisation du filtre de la fonction de reconstitution des tensions source) . On cherche ensuite un passage à zéro correspondant à un dV/dt positif dans le tableau de tension fourni, le plus proche du milieu de la fenêtre. On applique ensuite un décalage angulaire correspondant à la valeur paramétrée pour la phase considérée, en tenant compte de la fréquence ligne fournie f (obtention d'une date tdécalé ultérieure) . On propose alors des dates qui tombent dans la fenêtre [t3, t4], en décalages d'un multiple de la période de la tension ligne :
topt (k) = tdécalé + k / f
Les dates de fermeture ainsi proposées sont indépendantes pour chaque phase. On a ainsi une fermeture en décalage angulaire illustrée sur la figure 7.
On compte sur le fait que, dans la fonction de choix des dates (état référence 38 sur la figure 3) , on essaie de fermer avec des dates les plus proches pour les trois phases pour imposer une séquence de fermeture avec certitude. On ne retient donc que les zéros à dv/dt positifs, afin d'espacer et de réduire les possibilités de groupage et d'éviter ainsi une séquence de fermeture non optimale.
La figure 8 illustre le paramétrage [PhA, PhB, PhC] = [120°, 240°, 90°] correspondant typiquement à une fermeture sur transformateur à vide avec réseau à neutre isolé (on a matérialisé en plus des trois phases, la différence entre PhA et PhB, à des fins d' illustration) . La stratégie dans ce cas est de fermer deux premières phases simultanément sur un maximum de leur tension différentielle, puis la troisième phase un quart (90°) de période plus tard. On voit que les dates de fermeture proposées se regroupent naturellement, de telle façon que la séquence de fermeture PhA+PhB puis PhC est imposée.
D) Fermeture commune aux trois phases (37-38)
Dans la machine d'état de la figure 3, chaque stratégie se déroule au plus vite compte tenu de la puissance de calcul embarquée et a pour sortie un jeu (tableau) de dates de fermetures optimales dans la fenêtre de fermeture visée (paramètres) .
L'étape ultérieure 38 dans l'algorithme, qui est commune aux trois phases A, B et C (donc aux trois machines d'état) a pour but de choisir, pour chaque phase à refermer, une date optimale. L'optimalité combine deux critères : dispersion des dates la plus faible (de façon à minimiser le changement occasionné sur les conditions de manœuvre par la première phase qui referme sur les suivantes) et dates les plus proches possibles du début de la fenêtre de refermeture (la prédiction devenant de moins en moins précise au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la fenêtre d'analyse) .
On sélectionne le triplet (ou couple) dont l'exponentielle de la différence des deux dates extrêmes, exprimées en millisecondes, multipliée par la distance à l'instant t3 (le plus petit t3 des trois phases, cas de la refermeture) ou à la première date accessible (cas de la fermeture simple) de la date moyenne (centrale) de ce triplet (ou couple) , dates exprimées en secondes, est minimum. Les trois dates de ce triplet (ou couple) doivent être accessibles au moment ou on fait cette analyse (il n'est pas trop tard pour générer cet ordre, compte tenu du temps de manœuvre, temps mécanique du disjoncteur) .
Si une seule phase est à refermer, le critère de dispersion ne s'applique pas et la première date accessible est choisie (compte tenu du temps mécanique du disjoncteur) .
Dans le cas ou des erreurs de calcul se sont produites dans les applications de stratégie (un ou plusieurs tableaux retournés vides), on suit la stratégie suivante : - trois phases A, B et C à refermer, un tableau vide : on ferme les deux phases correctes selon le critère expliqué ci-dessus. Ensuite on ferme la troisième phase TO/2 après la dernière phase (TO : période de la fréquence industrielle mesurée, 1/fOm),
- trois phases A, B et C à refermer, deux tableaux vides : on ferme la phase correcte au plus tôt, la deuxième phase TO/2 plus tard, la troisième phase encore TO/2 après,
- trois phases A, B et C à refermer, trois tableaux vides : on ferme aux instants (t3+t4)/2, (t3+t4) /2+T0/2, (t3+t4) /2+TO,
- une phase à refermer, un tableau vide : on ferme à l'instant (t3+t4)/2.
REFERENCES
[1) « Manœuvres contrôlées, aperçu de l'état de l'art (lère partie) » (Electra, N° 162, octobre 1995)
[2] US 2004/0189307.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un appareil d' interruption du courant dans un réseau électrique haute tension comprenant un générateur (10), un transformateur de puissance (11), un transformateur de courant triphasé (12), un transformateur de tension monophasé coté source, un transformateur de tension triphasé coté ligne, un disjoncteur (13) et son armoire de commande, une ligne de transmission (14), caractérisé en ce qu' il comprend pour chaque phase (A, B, C) :
- une étape d'obtention des tensions sources manquantes à partir d'une tension source acquise,
- une étape de discrimination phase saine/phase en défaut,
- une étape d'analyse de tension par tentative d'adéquation d'un modèle sur une fenêtre de signal,
- une étape de choix d'une stratégie de fermeture simple ou de refermeture de l'appareil de coupure en fonction de conditions de choix,
- une étape de calcul d'un jeu de dates de refermeture optimales pour chaque phase selon la stratégie choisie,
- une étape de sélection d'une date optimale parmi les dates optimales proposées et de fermeture des phases de l'appareil d'interruption du courant.
2. Procédé selon la revendication 1, l'étape d'obtention de la tension source comprend : - une étape d'acquisition d'une tension source correspondant à une phase,
- une étape de reconstitution des deux autres tensions sources correspondant aux deux autres phases, par calcul.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise la discrimination phase saine/phase en défaut (42) en effectuant en permanence l'acquisition des courants et en calculant, sur une période de la fréquence industrielle, la valeur quadratique moyenne, ou RMS, pour chaque phase, que l'on stocke en mémoire, et lors d'un ordre d'ouverture on termine le calcul de la valeur RMS en cours et on la compare à la moyenne des n valeurs stockées en mémoire, si cette valeur courante dépasse d'une valeur paramétrée cette valeur moyenne ainsi que la valeur I nominale paramétrée du courant I nominal divisée par 10 alors la phase est considérée en défaut.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel n = 100.
5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on réalise la discrimination phase saine/phase en défaut (42), dans le cas où l'ordre d'ouverture intervient alors que les n valeurs RMS stockées en mémoire ne sont pas atteintes, en calculant la valeur RMS courante sur les M=round ( 1 / ( f0 *Ts ) ) points suivants l'apparition de l'ordre d'ouverture, une phase étant considérée comme étant en défaut si la valeur RMS de courant dépasse la valeur nominale de courant assignée en paramètre, en tenant compte d'une marge de 25%.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'analyse de tension se fait par tentative d'adéquation d'un modèle prony (t) sur une fenêtre de signal, ce modèle étant une somme de trois sinusoïdes amorties d'amplitudes A', A" et A'" de phases φ' , φ" et φ'", de fréquence f', f" et f'", et de facteurs d'amortissement a' , a" et a'" :
prony(t) = A'ea' .cos(2π.fi +φ') + +φ'") les amplitudes A' , A' ' , A' ' ' étant classées par ordre décroissant, de façon à privilégier le mode de plus forte amplitude.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise un test de comparaison de la durée entre l'ordre d'ouverture et l'ordre de fermeture à un délai t2 pour différencier les cas de fermeture simple (25) et les cas de refermeture rapide (26) .
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel en cas de fermeture simple lors de la réception d'un ordre de fermeture, on effectue une analyse de tension côté ligne et coté source sur les 100 ms de signal précédent l'ordre, et on effectue le choix d'une stratégie, et après avoir calculé un jeu de dates optimales selon cette stratégie on bascule dans un temps d'attente de resynchronisation des phases.
9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel en cas de refermeture rapide, si la date relative courante est supérieure à un délai déterminé tl, on effectue une analyse de tension côté ligne sur les 100 ms de signal précédent, et on effectue le choix d'une stratégie et après avoir calculé un jeu de dates optimales selon cette stratégie on bascule dans une étape d'attente de resynchronisation des phases.
10. Procédé selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel la condition de sortie de ce temps d'attente de resynchronisation est donné ci- dessous pour la phase A :
CS_x = recopie de la position de la phase x du disjoncteur, l=fermé, 0=ouvert / CALC_x = variable globale accessible en lecture, indiquant par une valeur de 1 que la phase x est d'ores et déjà en attente dans l'étape de resynchronisation, sinon 0
CS_B = 1 ET CS_C = 1
OU
CS_B = 0 ET CALC_B = 1 ET CS_C = 1
OU
CS_B = 1 ET CS_C = 0 ET CALC_C = 1
OU CS B = 01 ET CALC B = 1 ET CS C = 0 ET CALC C = 1
11. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, les conditions de choix entre les différentes stratégies sont les suivantes : - Condl : (f hors gamme OU A' < Amin) ET (f' ' hors gamme OU A' ' < Amin) ET (f' ' ' hors gamme OU A' ' ' < Amin) ET phase saine,
la condition « hors gamme » indiquant que la fréquence en question n'appartient pas à l'intervalle [fl f2] ni à fOm±l%, fl et f2 étant des fréquences paramètres de l'application, fOm étant la fréquence industrielle mesurée,
- Cond2 (f'=f0m±l% ET A'>Amin ET A''<Amin),
- Cond3 (fl<f'<f2 ET A'>Amin ET Α''<β*Α'),
- Cond4 (A'>Amin ET Α''>β*Α'),
Cond5 tO non trouvé OU décroissance trop rapide de tension ligne après tO, tO étant l'instant calculé d'isolation de la ligne,
- Cond6 : Psource < Amin2/2 ET A' > Amin ET f = f0±5 o
Amin étant l'amplitude minimum en p.u. en dessous de laquelle on ne considère plus un mode oscillatoire comme significatif,
Psource étant la puissance du signal tension source, calculée sur la même fenêtre temporelle que celle ou l'on fait l'analyse côté ligne : sur N points de fenêtre, on dispose des échantillons Usource [0] à Usource [N-l], avec :
γ N-l
Psource =— * } Usource(i)2 le critère de « décroissance lente » étant tel que l'on travaille sur la tension ligne (Uligne) , ce critère étant vérifié si les M points de tension suivant tO sont tous supérieurs ou égaux à une fraction paramétrable de la tension en tO (M étant le nombre de points correspondant à une période de la fréquence industrielle paramétrée) : [Uligne ( tO ) .. Uligne ( tO+M) ] >= Uligne (tO), la décroissance étant, dans le cas contraire, jugée trop rapide, et
β étant une valeur paramétrée comprise entre 0 et 1.
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel les stratégies de fermeture simple et de refermeture sont les suivantes :
- Stratégie 1 : minimum ou maximum de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/fOm (fOm : fréquence industrielle mesurée) ,
- Stratégie 2 : zéro de la tension aux bornes, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (2*f0m) ,
- Stratégie 3 : creux de battement de la tension aux bornes, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (fOm-f') ,
- Stratégie 4 : zéro de la tension aux bornes, prédite par le modèle de Prony complet, les dates optimales n'étant pas périodiques,
- Stratégie 5 & 7 : zéro de la tension source, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/ (2*f0m) ,
- Stratégie 6 : fermeture angulaire paramétrée sur la tension ligne, considérée sinusoïdale à la fréquence industrielle, les dates optimales étant périodiques de période 1/f' , les passages par zéro étant datés et un décalage angulaire étant appliqué, ce décalage pouvant être différent d'une phase à l'autre.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on détermine l'instant tO d'isolation de la ligne en parcourant le signal de tension ligne, dans le sens direct, depuis une date où on est sûr que la tension vue du réducteur de mesure est sinusoïdale en faisant une recherche en rupture de modèle sinusoïdal, sur une fenêtre glissante de taille M= round ( 1 /( fO *Ts ) ) avec un incrément de un échantillon, fO étant la fréquence industrielle paramétrée, en essayant sur chaque fenêtre de M points d'ajuster un modèle sinusoïdal par la méthode des moindres carrés non linéaires, et en utilisant pour chaque itération, un vecteur de paramètres de départ, qui est défini comme suit :
- amplitude = maximum de la fenêtre considérée,
- fréquence = fréquence industrielle paramétrée,
- phase = calculée en fonction des passages à zéro dans la fenêtre considérée,
en extrapolant, à chaque itération, trois points futurs à l'aide du modèle estimé et en calculant la moyenne des trois écarts avec le signal réel, en considérant que la détection de l'instant tO est atteinte si cette moyenne dépasse un seuil déterminé.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel ce seuil est positionné à 60% de l'amplitude estimée du modèle pour la première fenêtre de signal.
15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on met une butée dans la recherche de cet instant tO matérialisée par le fait d'avoir les deux conditions suivantes remplies :
· délai tl atteint, et
• ordre de fermeture arrivé.
16. Procédé selon la revendication 13, dans lequel dans la stratégie 1, la tension aux bornes du disjoncteur étant la tension source, décalée d'une valeur constante, on détermine le signe de cette valeur constante en observant la valeur algébrique de la tension ligne à l'instant tO, si ce signe est positif, on réalise la fermeture sur un maximum de tension source, et inversement si ce signe est négatif on réalise la fermeture sur un minimum de tension source, la date visée étant la date de ce maximum ou de ce minimum augmentée de la valeur :
• décalage= (arccos ( Uligne (tO ) | /A) ) / (2. n . f0m) si Uligne (tO) | <A, ou
• décalage =0 si | Uligne (tO ) | >=A,
- A : valeur de tension nominale paramétrée, phase- terre,
- fOm : fréquence industrielle mesurée,
- Uligne (tO) : valeur de tension ligne à l'instant tO, on repère et date les extrema concernés et on propose un tableau de dates de fermeture qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
t (k)= textrema + k/f0m + décalage
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les extremas concernés sont un minimum ou un maximum .
18. Procédé selon la revendication 16, dans lequel la valeur calculée du décalage est limitée par un huitième de la période de la fréquence industrielle paramétrée [ 0..1 / ( 8 *f0 ) ] .
19. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, dans la stratégie 2, on repère et on date précisément dans la fenêtre d'analyse l'avant dernier passage à zéro par interpolation linéaire entre deux échantillons de signes opposés, et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
topt (k) = tzéro + k/ (2*f0m) .
20. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, dans la stratégie 3, on reconstitue l'enveloppe périodique de la tension aux bornes du disjoncteur, qui présente des battements, dont on veut reconstituer l'enveloppe, périodique de période 1/ (f0-f' ) , en fermant sur un minimum local ou « creux » de cette enveloppe, en choisissant et datant le creux le plus proche du centre de la fenêtre d' analyse et en proposant des dates de refermeture optimales :
t0pt (k) = tbeat + k/(f0m-f)
qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] .
21. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, dans la stratégie 4, on ne retient que les passages à zéro de la tension aux bornes du disjoncteur qui suivent un lobe de tension « petit » en amplitude avec les étapes suivantes :
- analyse de Prony sur la tension source sur une fenêtre contemporaine de la fenêtre de N points, 100ms, qui est utilisée pour la précédente analyse de tension côté ligne,
- sélection du mode dominant côté source et des trois modes côté ligne, pour former un modèle de tension aux bornes du disjoncteur, à quatre modes,
- reconstitution de la forme d'onde de tension aux bornes du disjoncteur dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] selon la forme analytique du modèle :
prony(t) = A ea '' .cos(2jû ./'.t + (p') +
A".ea" ' .∞s(2. .f".t + φ") +
A' ".ea'"' .∞s(2. .f'".t + ($>'") +
,i; . '''" . cos(2. J ./ + 9; )
le modèle étant échantillonné à la même fréquence d'échantillonnage que les données issues de 1' acquisition,
- repérage grossier de tous les extrema dans la fenêtre considérée :
(prony [ (k-1) s] < prony[kTs] ET prony[kTs] > prony [ (k+1) s] ) ou (prony [ (k-1) s] > prony[kTs] ET prony [kTs] < prony [( k+1 ) Ts ] ) : l'instant correspondant à l'indice k correspond à un extrema,
- sélection des 10% des extrema ou de tous, si les 10% de la quantité totale sont inférieurs à 10, dont la valeur absolue de l'amplitude est la plus petite, - estimation fine des instants de passage à zéro suivant chaque extrema sélectionné précédemment, ces instants étant donc retournés.
22. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, dans les stratégies 5 et 7, on date précisément l'avant dernier passage à zéro de la tension source dans la fenêtre d'analyse, par interpolation linéaire entre deux échantillons, « tzero », et on propose les dates, multiples de la période industrielle mesurée, qui tombent dans la fenêtre de refermeture [t3, t4] (k entier positif) avec :
topt (k) = tzéro + k/ (2*f0m) .
23. Procédé selon la revendication 10, dans lequel, dans la stratégie 6, dans un premier temps, on filtre passe-bas la tension ligne, on repère ensuite précisément un passage à zéro, par interpolation linéaire entre deux échantillons, correspondant à un dV/dt positif dans le tableau de tension fourni, le plus proche du milieu de la fenêtre, on applique ensuite un décalage angulaire correspondant à la valeur paramétrée pour la phase considérée, en tenant compte de la fréquence ligne fournie f' , on propose alors des dates qui tombent dans la fenêtre [t3, t4], en décalages d'un multiple de la période de la tension ligne avec :
topt (k) = tdécalé + k / f
les dates de fermeture ainsi proposées étant indépendantes pour chaque phase.
24. Procédé selon les revendications 16 à 23, dans lequel on retourne, en cas d'échec de la stratégie choisie, un tableau vide.
25. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape de fermeture commune aux trois phases, on choisit, pour chaque phase à refermer, une date optimale parmi le jeu de dates proposées, l'optimalité combinant deux critères : dispersion des dates la plus faible et dates les plus proches possibles du début de la fenêtre paramétrée de refermeture .
26. Procédé selon la revendication 24, dans lequel on sélectionne le triplet ou couple dont l'exponentielle de la différence des deux dates extrêmes, exprimées en millisecondes, multipliée par la distance à l'instant t3 ou à la première date accessible, dates exprimées en secondes, est minimum.
27. Procédé selon la revendication 24, dans lequel si une seule phase est à refermer, on choisit la première date accessible.
28. Procédé selon la revendication 24, dans lequel, dans le cas ou des erreurs de calcul se sont produites dans les applications de stratégie, on suit la stratégie suivante :
- trois phases A, B et C à refermer, un tableau vide : on ferme successivement les deux phases correctes, puis on ferme la troisième phase T0/2 après la dernière phase, O étant la période de la fréquence industrielle mesurée, 1/fOm,
- trois phases A, B et C à refermer, deux tableaux vides : on ferme la phase correcte au plus tôt, la deuxième phase TO/2 plus tard, la troisième phase encore TO/2 après,
- trois phases A, B et C à refermer, trois tableaux vides : on ferme aux instants (t3+t4)/2, (t3+t4) /2+T0/2, (t3+t4) /2+TO,
- une phase à refermer, un tableau vide : on ferme à l'instant (t3+t4)/2.
29. Procédé selon les revendications 1 à 23, dans lequel les signaux analogiques sont échantillonnés à une cadence de 1ms, bien que la précision recherchée sur les instants optimaux soit bien inférieure, typiquement de lOOys.
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