FR3067187A1 - Dispositif de filtrage de signaux porteurs - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de coupure (6, 6a, 6b) de courants porteurs en ligne (CPL) d'un site résidentiel (1) équipé d'une pluralité d'équipements électriques (2-4) aptes à communiquer sur un réseau interne d'électricité via une composante (8) de signal de données modulées par courant porteur superposée au signal électrique. Le site résidentiel comporte un tableau électrique (7) équipé d'au moins un disjoncteur (D, D1, D3) associé à un sous-réseau électrique du site résidentiel. Le dispositif de coupure (6, 6a, 6b) est caractérisé en ce qu'il est relié électriquement à au moins ledit disjoncteur du tableau électrique, et comporte un module de filtrage (12,13) apte à supprimer une composante de signal de données modulées (8,9) dans le signal associé audit disjoncteur.
Description
Dispositif de filtrage de signaux porteurs.
Domaine technique
L'invention se rapporte aux courants électriques porteurs en ligne dans les réseaux domestiques.
L'invention se rapporte en particulier à un réseau électrique du domicile d'un utilisateur équipé d'un tableau électrique.
Etat de la technique
Le courant porteur en ligne (CPL) permet de faire transiter localement des données numériques par l’intermédiaire du réseau de câbles électriques d'un domicile.
Le réseau de câbles électriques d'un domicile, depuis le compteur jusqu'aux prises, fait circuler le courant sur une fréquence basse (de 50 Hz en France). Le principe du courant porteur en ligne consiste à diffuser simultanément sur ces mêmes câbles électriques des données numériques, ou informatiques, à une fréquence plus élevée. Un signal électrique modulé contenant ces données numériques est superposé au courant alternatif basse fréquence.
Pour émettre ou recevoir le signal électrique de données, on connecte à la ligne électrique un appareil modulateur-démodulateur (modem), aussi appelé « adaptateur CPL » dans la suite, à connecter d'une part à une prise électrique, d'autre part à un équipement terminal. En émission, le modem génère, à partir des données numériques, un signal analogique (de fréquence porteuse modulée par exemple) à injecter sur la ligne électrique. En réception, le modem démodule le signal analogique pour récupérer les données numériques du signal d’origine.
Un certain nombre de normes et standards ont été définis dans ce domaine, par exemple les normes de la famille HomePlug ou la norme ISO IEEE
1901 (IEEE Standard for Broadband over Power Line Networks) pour les applications informatiques, ou encore le standard EHS / Konnex (aussi connu sous la référence Internationale ISO/IEC 14 543-3) pour le CPL bas débit adapté à l'électroménager.
Cette technologie présente une alternative intéressante aux réseaux sans fils, par exemple de type Wi-FI. Cependant, elle présente plusieurs inconvénients. Il peut se produire qu'un réseau CPL déborde du domicile (par exemple, parce que les installations électriques sont anciennes) et atteigne les logements voisins, entraînant de ce fait des perturbations du réseau domestique voisin et des problèmes de sécurité dans la mesure où le réseau privé devient observable par un tiers.
De surcroît cette technologie concerne le réseau privé de l'utilisateur (à l'intérieur du domicile) mais aussi le fournisseur d'électricité (à l'extérieur du domicile). En France, par exemple, le distributeur ERdF (Electricité Réseau de France) a développé récemment des compteurs électriques de nouvelle génération dits Advanced Meter Management (AMM) ou encore Linky. En association avec le compteur Linky, une technologie CPL est utilisée pour remonter vers le fournisseur des informations de télé-relevé et de consommation relatives aux réseaux électriques du fournisseur et de l'abonné. Ce réseau CPL du fournisseur peut déborder à l'intérieur du domicile, imposant à l'abonné un rayonnement électromagnétique non souhaité.
L’invention offre une solution ne présentant pas les inconvénients de l’état de la technique.
L’invention
A cet effet, selon un aspect matériel, l’invention a pour objet un dispositif de coupure de courants porteurs en ligne d'un site résidentiel équipé d’une pluralité d’équipements électriques aptes à communiquer sur un réseau interne d'électricité via une composante de signal de données modulées par courant porteur superposée au signal électrique, ledit site résidentiel comportant un tableau électrique équipé d'au moins un disjoncteur associé à un sous-réseau électrique du site résidentiel, caractérisé en ce que le dispositif de coupure est relié électriquement à au moins ledit disjoncteur du tableau électrique et comporte un module de filtrage apte à supprimer une composante de signal de données modulées au niveau du disjoncteur.
On entend ici classiquement par disjoncteur un dispositif permettant d'isoler une sous-partie (un sous-réseau) du réseau électrique du site. Il s'agit le plus souvent d'un dispositif électromécanique ou électronique de protection dont la fonction est d’interrompre le courant électrique en cas d’incident sur le sousréseau correspondant.
On entend par sous-réseau, ou sous-partie du réseau, une partie du réseau électrique du domicile associée à un tel disjoncteur.
On entend dans la suite par disjoncteur intelligent un tel disjoncteur associé à un module de filtrage des courants CPL.
On entend classiquement par tableau électrique, ou tableau de protection, un coffret regroupant les circuits électriques des différents sousréseaux du domicile (chambres, cuisine, éclairage, etc.) et en accueille les organes de sécurité et de protection comme les disjoncteurs.
Avantageusement, un dispositif de coupure tel que revendiqué permet de pallier les perturbations des signaux CPL d'un sous-réseau de l'espace privé du site résidentiel, en supprimant au moins une composante CPL superposée au signal électrique au niveau du disjoncteur, empêchant ainsi les signaux CPL d'entrer dans le sous-réseau ou de sortir du sous-réseau. Ceci permet de pallier les perturbations liées aux signaux CPL générés par le site ou reçus de l'extérieur. Le dispositif de coupure associé à un disjoncteur, donc à un sousréseau du site, supprime les signaux CPL d'entrée ou de sortie de ce sousréseau, ou les deux. Grâce à l'invention, chaque sous-réseau peut être isolé, c'est-à-dire qu'on évite, par ce filtrage, que l'un des sous-réseaux de la maison ne déborde sur un autre sous-réseau ou sur le réseau d'un domicile voisin. Ainsi le site résidentiel peut être protégé partiellement ou totalement (si tous les sousréseaux, c'est-à-dire tous les disjoncteurs, sont filtrés) d'un débordement ou d'une observation indésirable des signaux CPL.
Selon un mode de mise en œuvre particulier de l’invention, un dispositif de coupure tel que décrit ci-dessus est en outre caractérisé en ce qu'il est relié électriquement au disjoncteur général du tableau électrique, de manière à filtrer l'ensemble des composantes de signal de données modulées du site résidentiel.
Par disjoncteur général, on entend classiquement ici un dispositif qui permet d'isoler l'ensemble du réseau électrique du site résidentiel, aussi appelé disjoncteur de branchement ou AGCP (Appareil Général de Commande et de Protection). Il peut selon la configuration du domicile appartenir au distributeur d'électricité (ErDF en France) ou à l'installation électrique privée. Il reçoit l'alimentation depuis le compteur électrique, et distribue ensuite l'alimentation au tableau électrique.
Ce mode de mise en œuvre de l’invention permet donc, en associant le dispositif de coupure au disjoncteur général, du supprimer une composante CPL (d'entrée ou de sortie) pour l'ensemble des sous-réseaux électriques du domicile.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre particulier de l’invention, qui pourra être mis en œuvre alternativement ou cumulativement avec le précédent, un dispositif tel que décrit plus haut est caractérisé en ce que le disjoncteur électrique est relié à au moins un compteur du distributeur d'électricité susceptible de transmettre une composante de signal de données modulées par courant porteur superposée au signal électrique, dite composante d'entrée, le dispositif de coupure étant configuré pour supprimer ladite composante d'entrée.
Avantageusement, ce mode de réalisation de l'invention permet de pallier les perturbations liées aux signaux CPL générés par le fournisseur d'électricité au niveau du réseau ou du compteur électrique. Le dispositif de coupure associé à un disjoncteur, donc à un sous-réseau du site, supprime les signaux CPL d'entrée dans ce sous-réseau. Grâce à l'invention, le site résidentiel peut être protégé partiellement (dans le cas d'un sous-réseau) ou totalement (si tous les sous-réseaux, c'est-à-dire tous les disjoncteurs, sont filtrés) par la suppression des signaux CPL en provenance du réseau public du fournisseur d'électricité.
Selon un autre mode de mise en œuvre particulier de l’invention, qui pourra être mis en œuvre alternativement ou cumulativement avec les précédents, un dispositif tel que décrit plus haut est caractérisé en ce que le module de filtrage est un filtre passe-bande configuré pour filtrer au moins une bande de fréquence des courants porteurs en ligne.
Avantageusement selon ce mode, un module de filtrage très simple, bien connu de l'homme du métier, permet de filtrer les signaux d'entrée ou de sortie pour en supprimer la composante CPL.
Selon un autre mode de mise en œuvre particulier de l’invention, qui pourra être mis en œuvre alternativement ou cumulativement avec les précédents, un dispositif tel que décrit plus haut est caractérisé en ce que le module de filtrage comporte un démodulateur.
Ce mode permet également de fournir un module de filtrage très simple, à la portée de l'homme du métier, en effectuant une simple démodulation des signaux d'entrée ou de sortie afin de démoduler puis supprimer la composante CPL de données.
Selon un autre mode de mise en œuvre particulier de l’invention, qui pourra être mis en œuvre alternativement ou cumulativement avec les précédents, un dispositif tel que décrit plus haut est caractérisé en ce que le module de filtrage comporte un onduleur.
Ce mode permet également de fournir un dispositif de filtrage simple et efficace, par un mécanisme de lissage des signaux soumis à l'onduleur.
L'onduleur placé en coupure du signal d'entrée/sortie permet de lisser les pics du signal qui correspondent aux hautes fréquences des courants porteurs en ligne.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, 5 donnée à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés.
Les figures:
La figure 1 représente un contexte domestique d'utilisation d'un réseau CPL selon l'état de l'art.
La figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 représente schématiquement un second mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 représente une architecture d'un dispositif de coupure selon un premier exemple.
La figure 5 représente une architecture d'un dispositif de coupure selon un second exemple.
Description détaillée d'un exemple de réalisation illustrant l'invention
La figure 1 représente un contexte domestique d'utilisation d'un réseau CPL selon l'état de l'art.
Le site résidentiel (1) est constitué par exemple d'une maison, ou domicile, dans lequel habitent un ou plusieurs utilisateurs d'équipements électriques (appareils de chauffage, d'éclairage, de réfrigération, etc.) et/ou informatiques (tablettes, ordinateurs personnels, smartphones, etc.) L'ensemble de ces utilisateurs est regroupé sous l'appellation « foyer ». En variante, on pourrait imaginer un bâtiment d’habitation collectif, un immeuble de bureau ou un bâtiment industriel, etc.
Dans ce site sont implantés différents équipements électriques et informatiques (2 à 4), par exemple un téléviseur (2), une tablette électronique (3), une passerelle domestique (4), etc. Ces différents équipements sont branchés via des adaptateurs CPL (CP2-CP4) sur un réseau électrique privé dont l'architecture est habituelle, ce réseau privé étant lui-même relié au réseau électrique public (10) d'un distributeur d'énergie par l'intermédiaire d'un poste de raccordement (7), par exemple un tableau électrique basse tension. Le tableau électrique comporte lui-même classiquement un ensemble de dispositifs de protection dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique, aussi appelés disjoncteurs (D). Chaque disjoncteur D protège le sous-réseau de l'installation électrique domestique qui lui est raccordé. Le tableau électrique (7) est classiquement lié au compteur intelligent (5), par exemple de type Linky, du distributeur.
Les câbles électriques constitutifs du réseau électrique privé de l'utilisateur, porteurs à la fois des signaux électriques et informatiques, sont représentés en lignes pleines.
L'adaptateur CPL CP4 est branché sur une prise électrique P4 à proximité. De la même manière, le terminal 2 (resp. 3) est branché sur un adaptateur CP2 (resp. CP3) lui-même branché sur une prise électrique P2 (resp. P3) à proximité. Naturellement cette architecture est donnée à titre d'exemple, de nombreuses autres configuration pouvant être envisageables (les CPL peuvent par exemple fonctionner uniquement par paire et non par groupement de trois éléments comme représenté ici).
Le réseau CPL du domicile (8) est représenté en traits pointillés. Le réseau CPL du fournisseur-distributeur d'électricité (9) est représenté en tirets quadratins. Il s'agit naturellement d'une représentation toute schématique, l'ensemble des signaux étant physiquement porté par les câbles électriques.
Cette architecture de l'état de l'art pose un problème dans le cas où, comme illustré sur la figure 1, le réseau CPL 8 de l'utilisateur déborde sur le réseau public, c'est-à-dire que les signaux CPL privés de l'utilisateur traversent le compteur électrique et s'étendent à l'extérieur, comme schématisé dans la zone de débordement elliptique 11, pouvant de ce fait :
- nuire aux installations CPL voisines, par exemple supportées par le domicile voisin (non représenté) associé au compteur 5' ;
- générer des ondes électromagnétiques non désirées dans un domicile voisin (non représenté) associé par exemple au compteur 5' ;
- et de surcroît être observées par un intrus qui pourrait en déduire un certain nombre de données privées du foyer, via l'observation des signaux CPL de fuite.
Par ailleurs, le réseau CPL 9 du distributeur d'électricité peut lui aussi déborder à l'intérieur du domicile, comme schématisé dans la zone de débordement elliptique 11, perturbant de ce fait les installations CPL privées du domicile et générant des ondes électromagnétiques non souhaitées à l'intérieur du site résidentiel.
La figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif (6) selon un mode de réalisation de l'invention, appelé dans la suite dispositif de coupure, est placé dans l'espace privé de l'utilisateur, entre le compteur électrique (5) et le tableau électrique (7) auquel sont raccordés de manière bien connue les différents appareils électriques de la maison. Par exemple, le dispositif de coupure peur être placé en coupure du disjoncteur principal du site résidentiel.
Le dispositif de coupure (6) agit comme un filtre passe-bande en annulant la modulation CPL du signal 50Hz, la bande coupée/supprimée dépendant de la technologie CPL employée. Par exemple, le dispositif sera configuré pour une coupure :
• Pour la norme HomePlug / HomePlug AV, de 1.8 à 30 MHz ;
• Pour la norme HomePlug AV2, de 1.8 à 86MHz ;
• etc.
ίο
Le dispositif peut être configuré pour filtrer uniquement les signaux en provenance du domicile, ou en provenance du fournisseur d'électricité, ou les deux.
Un tel dispositif est donc capable de pallier les perturbations et les observations malveillantes des signaux CPL et électriques de l'espace privé, en empêchant la sortie des signaux CPL du réseau privé vers l'extérieur, et en empêchant les signaux CPL en provenance du réseau public de rentrer dans le réseau privé.
La figure 3 représente schématiquement un second mode de réalisation de l'invention.
Les dispositifs 6a et 6b de coupure sont, selon ce mode de réalisation de l'invention, intégrés dans les disjoncteurs du tableau électrique 7. On rappelle que chaque disjoncteur est relié, dans un but de protection, à une sous-partie, ou sous-réseau, du réseau électrique du site résidentiel. Selon l'exemple de la figure 3, le disjoncteur 1 (Dl) peut protéger le sous-réseau du séjour, dans lequel se trouve le CPL CP4 selon l'exemple de la figure 1, le disjoncteur 2 peut protéger le bureau dans lequel se trouve le CPL CP2 et le disjoncteur 3 (D3) peut protéger la chambre dans laquelle se trouve le CPL CP3.
Selon ce mode de réalisation, seuls les disjoncteurs 1 et 3 sont équipés respectivement d'un dispositif de coupure selon ce mode de réalisation de l'invention, de telle manière que, par exemple :
- le sous-réseau correspondant à la chambre (CP3) est isolé de l'extérieur dans la mesure où les signaux CPL provenant de l'extérieur sont filtrés par le dispositif de coupure 6b associé au disjoncteur D3 ;
- le sous-réseau correspondant au séjour (CP4) est isolé de l'extérieur dans la mesure où les signaux CPL provenant de l'intérieur du domicile sont filtrés par le dispositif de coupure 6a associé au disjoncteur Dl, et de ce fait inobservables de l'extérieur.
- le sous-réseau correspondant au bureau (CP2) n'est pas isolé, le disjoncteur correspondant n'étant pas équipé d'un dispositif selon l'invention.
La figure 4 représente une architecture d'un dispositif de coupure selon un premier exemple.
Une architecture de base, bien connue de l'homme du métier, est celle d'un filtre passe-bande (RLC), capacitif selon l'exemple représenté. Il est constitué d'un étage passe-bas (une résistance RI associée en parallèle à une capacité Cl), suivi d'un étage passe-haut comprenant une capacité C2 associée à une résistance de charge Rc en parallèle. On calculera les valeurs des composants de manière à couper les fréquences des courants porteurs tout en préservant l'harmonique à 50 Hz d'oscillation du courant ErDF, c'est-à-dire pour que le gain du filtre soit maximum à 50 Hz. Un tel calcul est à la portée de l'homme du métier et ne sera donc pas détaillé plus avant.
Alternativement, un circuit de type inductif (comprenant des résistances et inductions) peut être utilisé.
Cet exemple se fonde sur un circuit électronique très simple comportant des composants purement passifs (résistances, inductances, condensateurs).
Alternativement on peut imaginer sans perte de généralités des solutions basées sur des éléments actifs comme par exemple des AOP (circuits à amplificateurs opérationnels).
Selon encore une autre alternative, une solution logicielle pourrait naturellement être mise en place, ou un mélange d'éléments logiciels et hardware, pour fournir un filtrage passe-bande de capacités équivalentes.
Ce type de circuit permet de filtrer les signaux dans un sens seulement et peut donc être avantageusement utilisé pour supprimer la composante CPL en provenance du domicile (composante de sortie) ou en provenance du réseau public (composante d'entrée). Pour un filtrage bidirectionnel, il suffira d'utiliser deux circuits de filtrage.
Selon un autre exemple représenté à la figure 5, on pourra utiliser pour dispositif de coupure un module de stockage du courant, qui peut être par exemple un onduleur, ou un ensemble de batteries, noté BA, apte à emmagasiner puis restituer du courant électrique. Il est notamment possible, grâce à ce type de dispositif, de modifier le signal reçu/émis en absorbant les pics de courant de manière à lisser la courbe de consommation électrique, supprimant de ce fait les hautes fréquences, et donc la composante CPL du signal EDF. Le dispositif se comporte comme une sorte de « puits de courant » et coupe les hautes fréquences des courants porteurs. Un module relai (R) associé est apte à ouvrir/fermer la sortie de l'onduleur. Un tel relai peut être piloté automatiquement en local (par exemple via une temporisation) ou à distance (par exemple via la passerelle de service). Un tel dispositif est utilisé préférentiellement pour filtrer les signaux dans les deux sens, puisqu'il se place en « coupure » du signal d'entrée, absorbant de ce fait les pics d'entrée et de sortie du signal électrique.
Il va de soi que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être facilement apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (6)
- Revendications1. Dispositif de coupure (6, 6a, 6b) de courants porteurs en ligne (CPL) d'un site résidentiel (1) équipé d’une pluralité d’équipements électriques (2-4) aptes à communiquer sur un réseau interne d'électricité via une composante (8) de signal de données modulées par courant porteur superposée au signal électrique, ledit site résidentiel comportant un tableau électrique (7) équipé d'au moins un disjoncteur (D, Dl, D3) associé à un sous-réseau électrique du site résidentiel, caractérisé en ce que le dispositif de coupure (6, 6a, 6b) est relié électriquement à au moins ledit disjoncteur du tableau électrique et comporte un module de filtrage (12,13) apte à supprimer une composante de signal de données modulées (8,9) au niveau du disjoncteur.
- 2. Dispositif de coupure (6) de courants porteurs en ligne (CPL) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de coupure (6) est relié électriquement au disjoncteur général du tableau électrique, de manière à filtrer l'ensemble des composantes de signal de données modulées du site résidentiel.
- 3. Dispositif de coupure (6) de courants porteurs en ligne (CPL) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le disjoncteur électrique est relié à au moins un compteur du distributeur d'électricité (5) susceptible de transmettre une composante (9) de signal de données modulées par courant porteur superposée au signal électrique, dite composante d'entrée, le dispositif de coupure (6) étant configuré pour supprimer une dite composante d'entrée (8).
- 4. Dispositif de coupure (6) de courants porteurs en ligne (CPL) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de filtrage (12) est un filtre passe-bande configuré pour filtrer au moins une bande de fréquence des courants porteurs en ligne.
- 5. Dispositif de coupure (6) de courants porteurs en ligne (CPL) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de filtrage comprend5 un démodulateur.
- 6. Dispositif de coupure (6) de courants porteurs en ligne (CPL) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de filtrage (13) comprend un onduleur.
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| US20140355610A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-04 | Qualcomm Incorporated | Switched power line communication |
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2017
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