FR2992791A1 - Methode d'optimisation du fonctionnement d'un systeme de teleprotection - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'optimisation du fonctionnement d'un système de téléprotection d'une installation électrique, ledit système comportant un émetteur et un récepteur, l'émetteur étant configuré pour transmettre au récepteur un signal s (n) via un canal de téléprotection, où s (n) est soit un signal de commande, soit un signal de veille lorsqu'aucun signal de commande n'est transmis de l'émetteur au récepteur via le canal de téléprotection, ledit récepteur étant adapté pour transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique, Ce procédé comporte les étapes suivantes : estimer le rapport signal sur bruit, inhiber la transmission par le récepteur du signal de commande à l'organe de commande de l'installation électrique si le rapport signal sur bruit estimé dans le canal de veille est inférieur à un seuil prédéfini.
Description
METHODE D'OPTIMISATION DU FONCTIONNEMENT D'UN SYSTEME DE TELEPROTECTION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans le domaine de la surveillance des réseaux électriques et concerne plus spécifiquement un procédé et un dispositif d'optimisation du fonctionnement d'un système de téléprotection d'une installation électrique, ledit système comportant un émetteur et un récepteur, l'émetteur étant configuré pour transmettre au récepteur un signal s(n qui est soit un signal de commande, soit un signal de veille, ledit récepteur étant adapté pour transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique. L'invention concerne également un récepteur agencé dans ledit système de téléprotection et un programme d'ordinateur mémorisé sur un support d'enregistrement et comportant des instructions pour réaliser les étapes du procédé selon l'invention lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les équipements de téléprotection sont utilisés pour transmettre des informations entre les stations ou les sous-stations d'un réseau de transport d'électricité au niveau des dispositifs de protection à distance. Ces dispositifs sont essentiels dans un certains nombre de schémas de protection, comme les verrouillages, les accélérations de stade, les télédéclenchements. Les performances qu'une téléprotection doit atteindre sont: un temps de transfert rapide (de l'ordre de la dizaine de millisecondes) ; une grande fiabilité en présence de bruit ; une grande sécurité en présence de bruit ; et, une disponibilité totale. Une technique classique pour transmettre des signaux de téléprotection aux stations ou sous-stations d'un réseau de transport d'électricité consiste à utiliser la bande de téléphonie sur laquelle on émet en permanence un ton ou une combinaison de tons appelés veille en utilisant la technologie des courants porteurs en ligne (CPL). Lorsqu'une commande doit être émise, la veille est coupée et elle est remplacée, dans ce canal de téléphonie, par un ton ou une combinaison de tons correspondant à la commande. Afin de dédier le moins de puissance possible à la téléprotection lorsqu'elle est en veille, on utilise fréquemment comme veille un signal utile de la CPL elle-même, comme par exemple la signalisation téléphonique. On parle alors de téléprotection silencieuse. Afin d'éviter la réception de commandes intempestives par les stations ou les sous-stations du réseau de transport d'électricité, ces stations ou sous stations sont généralement équipées d'un système de détection des commandes et d'un système de blocage qui inhibe la réception des commandes en cas de présence d'un faible rapport signal sur bruit sur la ligne. Il se pose alors un problème lié à la nécessité de réaliser une mesure à la fois rapide et précise du bruit qui existe dans le canal dédié à la transmission des commandes de la téléprotection. Une technique connue à cet effet consiste à mesurer le bruit dans une bande de fréquences non utilisée par la CPL. Cependant, si cette bande est de faible largeur, le filtrage et l'estimation du bruit seront trop lents pour bloquer efficacement la réception des commandes intempestives. En effet, en choisissant de réserver une bande de fréquences pour la mesure de bruit, on réduit la bande utile pour le passage des commandes de la téléprotection et pour la transmission des données de la CPL. Ce problème se pose en particulier lorsque la bande de téléprotection est faible (par exemple quelques kHz), car si on adopte une bande de mesure de bruit trop faible, la mesure n'est pas assez rapide pour permettre de bloquer les commandes au niveau du récepteur. Par ailleurs, l'utilisation d'un canal de mesure de bruit à large bande de fréquence a pour effet 25 de réduire la bande utile pour la transmission des signaux utiles. Le but de l'invention est de pallier aux inconvénients décrits ci-dessus de manière à réduire la probabilité de recevoir des commandes intempestives en 30 raison de la présence d'un bruit dans le canal de transmission des commandes de téléprotection.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Ce but est atteint au moyen d'un procédé permettant d'optimiser le fonctionnement d'un système de téléprotection d'une installation électrique dans lequel un récepteur reçoit en permanence un signal r(n)=s(n)+b(n), b(n) étant un signal de bruit introduit par le canal et s(n) étant le signal transmis par l'émetteur, qui soit un signal de commande, soit un signal de veille lorsqu'aucun signal de commande n'est transmis, le récepteur étant adapté pour transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes : - estimer le rapport signal sur bruit dans le canal de veille, - inhiber la transmission par le récepteur du signal de commande si le rapport signal sur bruit estimé dans le canal de veille est inférieur à un seuil 20 prédéfini. Grâce à l'invention, le niveau d'un bruit dans le canal de téléprotection est mesuré rapidement comparativement au dispositif de l'art antérieur. Ainsi, il est plus facile de bloquer la sortie du 25 récepteur du système de téléprotection à l'état inactif et d'éviter la transmission de signaux de commande intempestifs aux organes de commande de l'installation électrique. Préférentiellement, ledit canal de 30 téléprotection est une ligne électrique dudit réseau électrique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 illustre schématiquement une chaîne d'émission-réception d'un système de téléprotection d'une installation électrique selon l'invention ; - la figure 2 illustre un récepteur de la chaîne d'émission-réception de la figure 1, La figure 3 est un organigramme illustrant un mode préféré de réalisation de l'invention ; - La figure 4 représente un exemple d'estimation du rapport signal sur bruit dans le canal de veille selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 représente une chaîne 20 d'émission réception d'un système de téléprotection d'une station électrique comportant un émetteur 2 et un récepteur 4. L'émetteur 2 comporte un premier bloc de traitement 6 destiné à détecter des signaux de commande 25 à partir d'un signal optoélectronique fourni par une unité de gestion de commandes (non représentée), un table de correspondance commandes/fréquences et gains 8, et un modulateur 10. Le récepteur 4 comporte un bloc de mesure 30 12 destiné à mesurer le niveau du signal autour des fréquences des signaux de commande et de la fréquence du signal de veille transmis par l'émetteur 2, un bloc de décision 14 destiné à valider ou inhiber un signal de commande reçu, et un bloc de sortie 16 destiné à transmettre les signaux de commande validés aux organes de commande de la station électrique. Comme illustré en détail sur la figure 2, le bloc de mesure 12 comporte un filtre 20, et un module de mesure de puissance 22 destiné à extraire le 10 niveau des signaux de commande et de veille reçus. Le bloc de décision 14 comporte un module de blocage 24 destiné à empêcher la réception des commandes lorsque les conditions à travers le canal de transmission sont trop dégradées en raison notamment de 15 saut d'atténuation ou de fort niveau de bruit sur la ligne de transmission, un module de détection 26 des commandes transmises par le bloc d'entrée 12, un module d'alarme 28, un module de déblocage 30 destiné à détecter une perte du signal de veille non suivie d'une 20 commande, et un module de calcul de décision 32 configuré pour considérer qu'un signal de commande valide est reçu par le récepteur ou qu'aucun signal de commande valide n'est reçu par le récepteur. Le bloc de sortie 16 comporte un module de 25 gestion des délais de transmission des commandes 34 aux organes de commande de la station électrique. La figure 3 illustre schématiquement les étapes du procédé selon l'invention dans un exemple de réalisation dans lequel, le canal de transmission 30 réservé entre les équipements de téléprotection et les stations du réseau de transport d'électricité est la ligne électrique elle-même, les signaux de commande étant transmis en utilisant la technologie des courants porteurs en ligne. A l'étape 2, le signal reçu est de la forme : r(n) = s(n) + b(n), où b est un bruit et s(n) est le signal émis. En l'absence de signal de commande, s(n) représente le signal de veille qui est un ton prédéfini. Lorsque l'émetteur 2 transmet une commande au récepteur 4 en vue, par exemple, d'actionner un organe de coupure dans la station électrique, le signal de veille s(n) est remplacé par le signal de commande nécessaire à cet actionnement. Dans ce cas, s(n) est un ton ou une combinaison de tons différents du ton prédéfini pour le signal de veille.
Ainsi, si s(n) représente le signal de veille, alors s(n)= exp(2*n*j*fv*n +j**), où fv désigne la fréquence (réduite) de la veille et où ' est une phase non connue. Par contre, si s(n) représente un signal de commande, ce dernier est alors codé, par exemple, par deux tons, aux fréquences fl et f2, et s(n) s'écrit : s(n) = 0.5*(exp(2*n*j*fl*n +j**1) + exp(2*n*j*f2*n +j**2)), où *1 et *2 sont des phases non connues.
A la réception du signal r(n) = s(n) + b(n) par le récepteur, le bloc de mesure 12 effectue l'étape 4 consistant à centrer le signal reçu r(n) sur la fréquence du signal de veille, fv en multipliant le signal reçu par exp(-2*n*j*fv*n +j*41).
En l'absence d'un signal de commande, le signal obtenu après l'étape 4 s'écrit: r4(n)=exp(j(*+41))+b4(n), avec b4(n)=b(n)*exp(-2*n*j*fv*n +j*41).
Le signal r4(n) est donc composé d'une constante et d'un bruit. En présence d'une commande codée par exemple par deux tons aux fréquences fl et f2, le signal obtenu après l'étape 4 s'écrit: r4(n)=0.5*(exp(2*n*j*(fl-fv)*n +j* (41+ *1)) + exp(2*n*j*(f2-fv)*n +j* (41+ *2))) +b4(n). A l'étape 6, le filtre 20 filtre le signal r4 et délivre le signal r6(n)=c+b6(n), où c est une constante nulle si le signal émis était une commande (le filtre 20 étant choisi pour rejeter les fréquences éloignées comme fl-fv et f2-fv), et non nulle si le signal émis était la veille et où b6 est un bruit filtré. A l'étape 8, le module 22 calcule le module 20 au carré de la dérivée seconde de r6 donnée par expression suivante: D(n)=1r6(n)-2r6 (n-1) +r6 (n-2) 12. Il est à noter qu'en l'absence de bruit, D(n) est nul, et en présence de bruit, l'espérance de D 25 E[D] est proportionnelle à la puissance du bruit E [D]= a G2, G2 désignant la puissance du bruit. A l'étape 10, afin de diminuer la variance de la grandeur D(n), on calcule la moyenne N-1 Dmoy (n)=ED(n-k) de la grandeur D(n) sur les N derniers échantillons, N étant choisi de manière à optimiser le compromis précision/temps de réponse. Dmoy est une estimée de la puissance du bruit sur le canal de veille. A l'étape 12, on calcule une estimation du rapport signal sur bruit RSBest sur le canal de veille au sens de la norme IEC 60834, c'est-à-dire que le bruit est ramené sur 4kHz. Pour cela, on passe Dmoy en échelle logarithmique : Dlog=l0log(D.y) et on ajoute une constante à la valeur opposée de Dlog : RSBest=cste1010g(D.y). A l'étape 14, l'estimation du rapport signal sur bruit RSBest(n) est comparée à un seuil S 15 prédéterminé expérimentalement. Si l'estimation du rapport signal sur bruit RSBest(n) est inférieure au seuil S, le bloc de sortie 16 bloque la transmission du signal de commande à l'organe de commande de la station électrique tant que 20 l'estimation RSBest n'est pas repassée à une valeur supérieure à S+E, s étant un nombre positif déterminé expérimentalement. Le choix d'une valeur strictement positive pour s permet d'obtenir un effet d'hystérésis. L'exemple de mesure illustré par la figure 25 4 est obtenu, en introduisant dans le canal de veille à t=50ms, le système étant en veille, un bruit avec un rapport signal sur bruit (RSB) de -10dB, -5dB, 0dB puis 3 dB (au sens de la norme IEC 60834).
La figure 4 donne la valeur mesurée de RSBest pour ces quatre valeurs de RSB avec un seuil S à -3dB. Dans ce cas le blocage de la transmission du signal de commande à l'organe de commande n'est déclenché que pour un bruit de -10dB et de -5dB, respectivement au bout de lms et 3ms après l'introduction du bruit. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'économiser la bande passante de la CPL, d'augmenter la rapidité de blocage lorsque la puissance du bruit augmente, et par conséquent de diminuer la probabilité de transmettre des commandes intempestives aux organes de commande, sans dégrader la performance en termes de commandes défaillantes.
Claims (7)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation du fonctionnement d'un système de téléprotection d'une installation 5 électrique, ledit système comportant un émetteur (2) et un récepteur (4), l'émetteur (2) étant configuré pour transmettre au récepteur (4) un signal s(n) via un canal de téléprotection, où s(n) est soit un signal de commande, soit un signal de téléprotection lorsqu'aucun 10 signal de commande n'est transmis de l'émetteur (2) au récepteur (4) via le canal de téléprotection, ledit récepteur étant adapté pour transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique, 15 procédé caractérisé par les étapes suivantes : - estimer le rapport signal sur bruit dans le canal de téléprotection, - inhiber la transmission par le récepteur 20 du signal de commande à l'organe de commande de l'installation électrique si le rapport signal sur bruit estimé dans le canal de téléprotection est inférieur à un seuil prédéfini. 25
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'estimation du rapport signal sur bruit comporte les étapes suivantes: A la réception du signal r(n) par le récepteur (4), 30 - filtrer (6) le signal reçu r(n),SP 50737 HM 12 et pour un nombre entier N d'échantillons dudit signal r(n), - calculer (8) la grandeur D(n)=Ir6(n)- 2r6(n-1)+r6(n-2)12 représentant le module au carré de la dérivée seconde du signal r(n) modulé et filtré, N-1 - calculer (10) la moyenne Dinoy(n) = D(n - k) de la grandeur D(n), - estimer (12) le rapport signal sur bruit RSBee(n) au sens de la norme IEC 60.834 à partir de la valeur Dmoy (n).
- 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, ledit canal de téléprotection est une ligne électrique dudit réseau.
- 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, ledit signal de commande est transmis par l'émetteur (2) au récepteur (4) via des courants porteurs en ligne.
- 5. Dispositif d'optimisation du fonctionnement d'un système de téléprotection d'une installation électrique, ledit système comportant un émetteur (2) et un récepteur (4), l'émetteur (2) étant configure pour transmettre au récepteur (4) un signal s(n) via un canal de téléprotection, s(n) étant soit un signal de commande soit un signal de téléprotection lorsqu'aucun signal de commande n'est transmis de l'émetteur (2) au récepteur (4) via le canal de téléprotection, ledit récepteur (4) étant adapté pourSP 50737 EM 13 transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier module pour estimer le 5 rapport signal sur bruit, - un deuxième module pour inhiber la transmission par le récepteur (4) du signal de commande à l'organe de commande de l'installation électrique si le rapport signal sur bruit estimé est inférieur à un 10 seuil prédéfini.
- 6. Récepteur (4) agencé dans un système de téléprotection d'une installation électrique configure pour recevoir un signal r(n)-s(n)-1- b(n), b(n) étant un 15 signal de bruit introduit par le canal et s(n) étant un signal transmis par l'émetteur (2) dudit système de téléprotection, et étant soit un signal de commande soit un signal de téléprotection lorsqu'aucun signal de commande n'est transmis de l'émetteur (2) au récepteur 20 (4), ledit récepteur (4) étant adapté pour transmettre le signal de commande à au moins un organe de commande de l'installation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte : - un premier module pour estimer le 25 rapport signal sur bruit, - un deuxième module pour inhiber la transmission par le récepteur (4) du signal de commande à l'organe de commande de l'installation électrique si le rapport signal sur bruit estimé est inférieur à un 30 seuil prédéfini.SP 50737 HM 14
- 7. Programme d'ordinateur mémorisé sur un support d'enregistrement et comportant des instructions pour réaliser les étapes du procédé selon la revendication 1 lorsqu'il est exécuté par un ordinateur.
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