WO2010037988A1 - Procede et dispositif de determination non intrusive de la puissance electrique consommee par une installation, par analyse de transitoires de charge. - Google Patents

Procede et dispositif de determination non intrusive de la puissance electrique consommee par une installation, par analyse de transitoires de charge. Download PDF

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WO2010037988A1
WO2010037988A1 PCT/FR2009/051886 FR2009051886W WO2010037988A1 WO 2010037988 A1 WO2010037988 A1 WO 2010037988A1 FR 2009051886 W FR2009051886 W FR 2009051886W WO 2010037988 A1 WO2010037988 A1 WO 2010037988A1
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poles
residues
installation
observation window
regime
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/051886
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English (en)
Inventor
Alioune Diop
Thierry Jouannet
Khalil El Khamlichi Drissi
Hala Najmeddine
Original Assignee
Electricite De France
Universite Blaise Pascal Clermont Ii
Landis + Gyr
Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs -
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Priority to BRPI0920616A priority patent/BRPI0920616B1/pt
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
    • G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
    • G01R22/10—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods using digital techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for non-intrusive determination of the electrical power consumed by an installation, by load transient analysis.
  • the electrical power consumed by an installation of a subscriber subscriber, powered by the AC voltage network, and the corresponding electrical energy consumption are determined from direct measurements of the physical parameters of the installation, such as the electrical supply voltage, the intensity of the electric current delivered, the phase difference between the delivered electric current and the supply voltage.
  • electronic modules make it possible, from the above-mentioned voltage, current and phase-shift values, to calculate the active or reactive electrical power consumed, as well as, by integrating successive power values over a given time range, the electrical energy consumed.
  • the aforementioned electronic modules are most often located in a counting apparatus, such as an electronic meter and may, in some cases, transmit the aforementioned measured values and / or values of power or energy finally consumed.
  • the aforementioned counting devices are satisfactory.
  • they have the disadvantage of requiring the implementation of the aforementioned electronic modules in the metering devices themselves, and therefore in the private perimeter of the customer subscriber, that is to say, most often, the dwelling of the subscriber.
  • the NIALM processes reveal several degrees of non-intrusion, those comprising an automated device learning step, described by US Pat. No. 4,858,141, and those comprising a manual learning step of the devices, described by US Pat. 483,153 for example.
  • Manual NIALM processes are more accurate than automatic NIALM processes, thanks to the collection of device consumption signatures at different states of consumption. This semi-intrusion is however troublesome for the customer subscriber and unattractive to the distributor or the electric power supplier.
  • a library of electrical receivers is constructed from a current sensor on each device.
  • a library of time-improving electrical receivers is constructed from the powers measured on the counting apparatus.
  • the above-mentioned libraries in fact make it possible to identify each electrical appliance and its consumption and have favored an evolution towards the identification of the uses of these appliances, or even habits of use or consumption of the latter by the customer subscribers who have them.
  • the aforementioned processes use parameters and magnitudes that are more in line with purely sinusoidal voltage supply networks, such as apparent power, reactive power, active power, current and voltage rms values, and are thus compromised because they are not adapted to the broadcasting, on subscriber installations, more and more electronic devices generating electrical disturbances and noise, superimposed on the fundamental component.
  • Pencil method Essentially developed as part of the study of the response of reflectors or antennas excited by an electromagnetic wave supposed to propagate by plane waves, a specific method, called the Pencil method, has been proposed, which allows, from the transient and permanent response of a target to a radiated electromagnetic excitation, to determine the poles and residues of the aforementioned answer by solving a generalized problem of eigenvalues.
  • the present invention relates to the implementation of a method and a device for non-mtrusive determination of the electrical power consumed by an installation, by transient charge analysis by the Pencil method, the installation being assimilated to one or more charges, which may have variable response characteristics over time, partially and / or totally absorbing the electrical energy delivered in the form of an electromagnetic excitation signal by the distribution network.
  • the method of non-intrusive determination of the electrical power consumed by a subscriber installation in accordance with the object of the present invention, is carried out from a periodic sampling of the values of the supply voltage and the intensity of the electric current delivered to this installation to obtain a consumption signal.
  • P denotes the active power consumed by the set of distinct electrical charges C 1 of signature [S 1 , R 1 , SG 1 );
  • S c ⁇ and R a designate the poles respectively the residues of the sampled current delivered to the installation;
  • S n , and R v ⁇ denote the poles respectively the residues of the sampled voltage delivered to the facility SG 1 designating the singular values;
  • t ⁇ disables the beginning of the observation window of rank k;
  • M designates the number of poles and residues observed of the sampled current delivered to the installation
  • M ' denotes the number of poles and residues observed of the sampled voltage delivered to the installation.
  • the method which is the subject of the invention is also remarkable in that the sampling frequency, to obtain the consumption signal, and the duration At of each observation window are linked by the relation:
  • At. Fe Nem ⁇ 2. ⁇ nci + 2 ⁇ + H) in which
  • Nem designates the minimum number of samples over the duration of each observation window, Nc denotes the observed number of separate electrical charges of the subscriber installation, nci denotes the number of poles of the electric charge considered, H designates the number of harmonic components of the fundamental frequency of the supply voltage.
  • the method which is the subject of the invention is furthermore remarkable in that, for an observation window of the consumption signal including the free speed and the beginning of the forced activation / tripping of a load, the interlocking / tripping a charge purely resistive is signed by a single forced regime, by the existence, for the window of observation, of two complex conjugate poles with zero real part and of two complex residues conjugated in the forced regime, and by the zero phase of the residues in forced regime, the interlocking / triggering of a resistive and capacitive load is signed by a separate free regime and a forced regime, by the existence, for the observation window, of two complex poles conjugated to a zero real part and of two conjugated complex residues with zero real part in the force regime and with a real pole and a residual in the free regime, the negative phase of the forced-state residue characterizing the generally capacitive nature of the load, the engagement / tripping of a resistive and inductive load is signed by a distinct free regime and forced regime, by the
  • the method which is the subject of the invention is finally remarkable in that, for an observation window of the consumption signal including the free speed and the start of the forced activation / tripping of a load, the engagement / tripping of a resistive, inductive and capacitive load is signed by a distinct force regime and a free regime, by the existence, in a forced regime, of two conjugate complex poles with zero real part and of two complex conjugate residues, and, in free regime, two conjugated complex poles and two conjugated complex residues, the negative phase of the forced-state residue characterizing the overall capacitive nature of the charge and the positive phase of the forced-state residue characterizing the generally inductive nature of the charge.
  • the device for the non-intrusive determination of the electrical power consumed by a subscriber installation comprises at least periodic sampling resources of the values of the supply voltage and of the intensity of the electric current delivered to this installation to obtain a consumption signal. It is remarkable in that it furthermore comprises at least one module for calculating the instantaneous power delivered which produces sampled values of the values of the supply voltage and of the intensity of the electric current delivered, the consumption signal comprising the at least one of the sampled values of the supply voltage, of the intensity of the electric current delivered or of the instantaneous power delivered, of the storage and reading resources of the successive values of the consumption signal on at least one observation window , application resources, on the consumption signal, on at least one current observation window, a filtering treatment by the Pencil method, for discriminating, on this window, all the representative poles and residues a combination of signatures of distinct electrical charges including at least the poles and the residues associated with at least one singular value obtained by the Pencil method in operation in the installation, a time tracking module
  • the device which is the subject of the invention is furthermore remarkable in that the time tracking module of the combination of signatures and calculation of at least the active power consumed by at least one subset of electrical charges comprises at least one an electric charge on / off state change detection module, a module for identifying electric charges that are triggered and / or triggered from the signatures of electric charges, a library module of electrical charges identified in relation to their signature, a module for identifying the consumption uses of the subscriber usage and calculation of the consumption, at least in active power.
  • the method and the device which are the subject of the invention are applicable to the non-intrusive management of domestic or industrial installations of electrical appliances, to the construction of consumed electric energy metering apparatus, and, more generally, to the monitoring and the control of electrical installations of users.
  • FIG. 1a represents, for purely illustrative purposes, a flowchart of the essential steps enabling the implementation of the method which is the subject of the invention
  • FIG. 1b represents, by way of illustration, a variant of nonlimiting preferential implementation of the method which is the subject of the invention, in which a specific choice of the duration of the observation window can be made as a function of the frequency of sampling of the voltage and / or current signal
  • FIG. 2a represents, for purely illustrative purposes, an example of non-limiting implementation of a step of acquisition of the load signatures observed in the installation of a customer subscriber;
  • FIG. 1a represents, for purely illustrative purposes, a flowchart of the essential steps enabling the implementation of the method which is the subject of the invention
  • FIG. 1b represents, by way of illustration, a variant of nonlimiting preferential implementation of the method which is the subject of the invention, in which a specific choice of the duration of the observation window can be made as a function of the frequency of sampling of the
  • FIG. 2b represents, for purely illustrative purposes, an example of non-limiting implementation of a step of identification of the electrical charges, from their signature
  • FIG. 2c represents, for purely illustrative purposes, an exemplary non-limitative implementation of a step of monitoring operation / respectively out of operation of each load from a discrimination of their signature.
  • FIG. 3a represents, by way of purely illustrative example, the electrical diagram of an arbitrary subscriber installation making it possible to represent the implementation of the method that is the subject of the invention on such an installation
  • FIG. 3b represents, by way of example, the intensity values of the current measured for a switching of the loads of the installation of FIG. 3a, by actuation of the switches T1, T2, T3 and T4 according to the time diagram represented on FIG. Figure 3b;
  • FIG. 3c represents the distribution and the corresponding temporal tracking of the singular values revealed by the Pencil method, during the switching of the charges of the installation represented in FIG. 3b;
  • FIGS. 3d and 3e show a chronogram of the temporal tracking of the actual values of the poles respectively of the imaginary values of the poles for the switching of the loads of the installation represented in FIG. 3b;
  • FIGS. 3f and 3g show a chronogram of the temporal tracking of the residues related to the force regime respectively to the free regime for the switching of the loads of the installation represented in FIG. 3b;
  • FIGS. 4a and 4b represent, by way of illustration, a block diagram of a non-intrusive determination device of the electrical power consumed on an installation, in accordance with the object of the present invention.
  • a subscriber installation a domestic or industrial installation, is considered for which power supply voltage values and the intensity of the electric current delivered to this installation, obtained by periodic sampling, are available. to obtain a consumption signal.
  • the sampled values of voltage V x and intensity I x of the delivered current are noted according to relation (1): fe
  • JC denotes the successive sampling rank of the aforementioned values
  • KN denotes any final value of the sampling rank over K successive sampling windows each comprising N samples
  • fe denotes the sampling frequency of the aforementioned values.
  • the method which is the subject of the invention, it consists, from the sampled values of the consumption signal, in a step A, of grouping the sampled values mentioned above on successive observation windows.
  • step A of FIG. 1a the corresponding operation is noted according to relation (2):
  • any set of sampled values is in fact subdivided into a plurality of subsets of sampled values, each constituting an observation window of these sampled values, in which k denotes the rank of the observation window and j denotes the rank of the sampled voltage or current value delivered in the observation window of rank k considered. Furthermore, K denotes the final value of the rank of the last observed observation window and N denotes the final value of the rank of the last sample of voltage respectively of currents in each observation window of rank k considered.
  • the grouping of the successive samples of voltage or current value delivered can be carried out by selective read-write addressing of the values of voltage and current samples delivered in memory, in a conventional manner.
  • the successive observation windows thus obtained can advantageously form windows without overlap, the application of weighting template and / or observation of the samples not being necessary.
  • Each observation window formed by a sequence of N Voltage or current value samples delivered respectively correspond to an observation time ⁇ ⁇ proportional to the number N of samples.
  • the above-mentioned grouping step A is then followed by a step B consisting in discriminating, on each current observation time window, of successive rank k, at least all of the poles noted as S 1 and residues R 1 of the signal. consumption by the Pencil method.
  • step B of FIG. 1a the discrimination operation of the poles and the residues is noted by the relation (3): Pencil method
  • 3 * denotes the application of the Pencil method, by data processing applied to the samples; designates each observation window of rank k of N samples; denotes the set of poles S 1 , residues R 1 and singular values SG 1 observed revealed by the Pencil method on the observation window of rank k considered.
  • the poles S 1 , the residues R 1 and the singular values SG 1 of any electrical charge C 1 are calculated on at least one of the components of current, voltage or instantaneous power forming a consumption signal delivered to the installation as will be explained later in the description.
  • Every signature includes at least individual poles S 1 and residues R 1 associated with at least one singular value SG 1 representative of a load and switching thereof in operation or out of operation in the installation.
  • Every signature is formed by a triplet of numerical values representative of poles, residuals and a singular value, and represented by the notation J / f (S 1 , R 1 , SG 1 ).
  • Step B is then followed by a step C of calculating the electrical power consumed over at least the duration of the current observation window mentioned above. It is understood that, according to an advantageous non-limiting embodiment of the method which is the subject of the invention, the above-mentioned power calculation can be carried out at least for the active power consumed by at least one subset of electrical charges operating in the installation, for the reactive power or finally for any type of electrical power consumed.
  • the calculation of the power consumed by at least one subset of electrical charges is established as the sum of the powers consumed by each electric charge distinct from this subset, verifying a consumed power function linking the aforementioned poles and residues.
  • the power function satisfies the relation (4):
  • P denotes the active power consumed by the set of distinct electrical charges C 1 of signature [S 1 , R 1 , SG 1 );
  • S a etR a designate the poles respectively the residues of the sampled current delivered to the installation
  • S v ⁇ , and R v ⁇ , designate the poles respectively the residues of the sampled voltage delivered to the installation
  • t kd designates the start time of the observation window of rank k
  • sinhc (x) the hyperbolic sine function of the cardinal of the value X, that is sinhc ((S a + S VI ,) fy s inh ((S CI + S w ,) f) / ((S ⁇ +5 M. f];
  • M designates the number of poles and residues observed of the sampled current delivered to the installation
  • M ' designates the number of poles and residues observed of the sampled voltage delivered to the installation.
  • the consumption signal is formed by all the sampled voltage and / or current values delivered to the installation, supplemented optionally by the instantaneous power value substantially corresponding to the product of the sampled value.
  • voltage or current delivered to the installation or a combination of these values, as will be explained later in more detail in the description.
  • the implementation of the Pencil method calculates a Hankel matrix from a transformation by the method designated SVD method for _Single Value Recomposition in English.
  • the poles S 1 thus revealed represent the contribution to the response of the load in the time sense to the consumption signal.
  • the residuals R 1 represent the contribution to the response of the charge in the direction of exchange or absorption of energy to the consumption signal.
  • the singular values SG 1 represent the transition from one state of consumption to another due to the interlocking / tripping, total or partial, of a load of the installation.
  • the aforementioned singular values are directly related to the demonstration of the eigenvalues of the Hankel matrix, when applying the Pencil method.
  • Each observation window sampled values, or more generally the consumption signal corresponds to a set of singular values.
  • the singular value change represents the change or transition of the consumption signal, because the singular values have the same value in the stationary state, in the absence of total or partial switching of the load.
  • the twists of the singular values are related to the value of the poles S 1 .
  • the occurrence of a singular value on the observation window or on a succession of observation windows is substantially synchronous with the change in the intensity regime of the current consumed by the installation on simultaneous or non-simultaneous switching of one or more loads of the installation.
  • the duration ⁇ ⁇ of each window of current observation of rank k may be taken equal to period T.
  • the duration of the observation window is not essential, but from a granular point of view of the observation, the above-mentioned choice allows somehow a reset of the network or installation and load.
  • the duration of each observation window can be chosen taking into account the sampling frequency fe, according to relation (5):
  • fe denotes the sampling frequency
  • Nem designates the minimum number of samples over the duration of each observation window
  • Nc denotes the observed number of distinct electrical charges C 1 of the subscriber installation
  • nci denotes the number of poles of the electric charge C 1 considered
  • H denotes the number of harmonic components of the fundamental frequency of the supply voltage.
  • the method which is the subject of the invention comprises a step of discriminating and acquiring signatures S? [S 1 , R 1 , SG 1 ) formed by a pair of poles S 1 , residues R 1 with which a singular value SG 1 is associated.
  • S? [S 1 , R 1 , SG 1 ) formed by a pair of poles S 1 , residues R 1 with which a singular value SG 1 is associated.
  • the triplets (S 1 , R 1 , SG 1 ) are assigned a signature identification code noted corresponding, at step 101.
  • step 100 On the contrary, on a negative response to the reading test of step 100, the process of reading the set of singular values is interrupted and at stage 103 all the signatures are available. electrical charges C 1 likely to appear by a total / partial operation / out of operation on the installation in question.
  • the set of aforementioned signatures can then be stored in a memory or library of signatures, as will be described later in the description.
  • the step of acquiring the aforementioned signatures is then advantageously followed by a step of identifying the electrical charges constituting any subset of charges. separate electric operating in at least one observation window. It is understood, in particular, that all or part of all the electrical loads of the installation in question can be operated simultaneously or not, depending on whether each electrical load of the installation is in operation or out of operation individually. the only will of the user.
  • the identification process can be performed by comparing the values of residual poles and singular value corresponding to the values of triplets associated with the corresponding signature, with an identification confidence interval of these values.
  • This operation is represented in step 200 by the relation (7):
  • step 200 On positive response to the above-mentioned step 200, to the discrimination of the signature is associated an electric charge C 1 corresponding to the specific electrical characteristics. It is understood, in particular that a one-to-one correspondence can be made between any signature value or signature code & x and the electrical characteristics of each load electrical, through the implementation of a library of loads associated with the library of signatures, as will be described later in the description.
  • This set constitutes a subset of the totality of the electrical charges likely to be put into operation for the installation considered, subset equal to all or part of this totality. It is of course understood that the one-to-one correspondence between the value or signature code , and the corresponding electrical charge C 1 is also established with the triplet (S 1 , R 1 , SG 1 ) to which the latter is associated.
  • C 1 corresponding, allows, according to a remarkable aspect of the method object of the invention, to perform a step of monitoring the operation / non-operation of each individual load separately by discriminating all or part of the signature of the latter on at least one observation window. It is understood in particular that the aforementioned discrimination can be exerted on one or more values of the triplet associated with this load, according to a fuzzy logic process as described above in the description.
  • a test step 300 is carried out at the identification of the signature. by discriminating the values of poles, residuals, singular value or a combination thereof according to equation (9): 3 & ⁇ C 1 I
  • the electrical charge C 1 is declared in operation "ON” in step 301.
  • the electrical charge C 1 is declared out of operation "OFF".
  • An example of implementation of the aforementioned processes, on an installation shown in FIG. 3a comprising a pure resistive load R 1 , a resistive-capacitive load R 2 C 2 , a resistive-transfer load R 3 L 3 and a capacitive resistive load and inductive R 4 L 4 C 4 is described below.
  • the instantaneous power consumed by the charges in the presence is calculated according to the previously mentioned relationship.
  • the switches Ti, T 2 , T 3 and T 4 switch their respective load Ri, R 2 C 2 , R 3 L 3 and R 4 C 4 L 4 according to the logic
  • the Pencil method is applied to each observation window of power, voltage and supply current.
  • N signal samples are taken.
  • the Pencil method allows to filter the observed signal of the noise generated by the measurement and conversion chain, or even to eliminate an irrelevant component of the signal.
  • the selective memorization of the successive results provided by the Pencil method makes it possible to execute the temporal monitoring.
  • the Pencil method is applied to each window of temporal observation of the current.
  • An example of monitoring temporal singular values is given in Figure 3c.
  • the abscissa axis is graduated in seconds and the ordinate axis in singular value amplitude relative value, dimensionless.
  • the envelope of the input current represented in FIG.
  • the temporal monitoring of the residues is expressed by that of their normalized values, in the force regime and in the free regime, FIGS. 3f and 3g.
  • This choice which is more appropriate, facilitates classification with respect to residues.
  • the ordinate axis is graduated in Amps (A).
  • the free regimes are characterized by poles whose real part gives information on the time constants (see figure 3d), and the imaginary part on the eigenfrequencies (confer figure 3e).
  • the residuals are directly related to the loads in presence and the harmonics if these frequencies exist.
  • a standardized value is defined for each residue R ⁇ k .
  • the current pole links to the force regime and corresponds to the residue of the current 9t / f.
  • Figure 3f shows the temporal evolution of the normalized residuals of current 9 1 / f related to the positive frequencies. According to one embodiment, the operation of 9 I / N can be traced back to the value of the load.
  • the poles, figures 3d, 3e, related to the positive frequency of the excitation are represented by circles “o". Those related to the conjugate negative frequency, are represented by “x" crosses.
  • the poles linked to the free regime of the charge are represented by stars and lozenges “*, 0".
  • the normalized residuals, related to the positive frequencies, are represented by circles “o” (figure 3f) in the case of the force regime and by stars “*" (figure 3g) for the free regime.
  • the monitoring process implemented consists essentially of a reading of the values of poles, residuals, singular values and a comparison of these data for detecting a change of state. The instants of change of state are detected at the level of the variation of the singular values represented in FIG. 3c. These instants also appear in the standardized residue tracking.
  • Figure 3f illustrates this phenomenon.
  • the interpretation of the temporal traces of the poles and standardized residuals given by the four figures 3d, 3e, 3f and 3g is as follows:
  • figures 3d and 3e give two pure imaginary poles (0 + 5Oy) and (0-5Oy ' ) which correspond to the frequency of 50Hz. It will be understood that the general form of the normalized poles is given by ⁇ Fj where F denotes the fundamental frequency of the supply voltage and .
  • figures 3d and 3e show the existence of three poles, ( ⁇ + 5Oj), ( ⁇ -5Oj) and (-10 + Oj).
  • This last pole indicates the trigger at the instant 0.2s of a charge of the first order of time constant
  • the figures 3d and 3e give four poles, (0 + 50 /) and (0-50 /) relative to the fundamental frequency as well as (-30 + 22 /) and (-30-22 /) relative at the natural frequency of the charge. From these poles, we can recognize the presence of a second order charge at time 1.1s (appearance of two complex conjugate poles).
  • the load module and its phase can be calculated. At this time we have a load of 128.83 ⁇ module and phase 1.3369 rd (765987 °). We deduce the inductive nature of this charge.
  • the negative variation of the singular values at time 1.5s indicates the power off of one of the four loads energized between the moments Os and 1.5s on the one hand.
  • the negative variation of the singular values at time 1.8s indicates the power off of one of the four loads energized between the moments Os and 1.8s on the one hand.
  • the activation / deactivation monitoring of each individual electrical charge C 1 can , particularly advantageously, be implemented by simple calculation of the algebraic variation of normalized residues.
  • the appearance, interlocking, of a charge is revealed by the appearance of the algebraic value of the residue R 1 associated with this charge and the disappearance, triggering, of this charge is revealed by the appearance of the opposite algebraic value. of the residue R 1 associated with this charge.
  • An observation window or a succession of observation windows, is considered of the consumption signal including the free speed and the beginning of the forced engagement / tripping regime of a load electric.
  • Resistive load table gives the values of the corresponding poles and standard residuals. Resistive load table:
  • the normalized steady state residue phase is negative.
  • the comparison of the absolute value of the phase with the product a.C ⁇ or the inverse of this product makes it possible to deduce the existence of a charge RC in series or of a charge RC in parallel.
  • the device according to the invention comprises periodic sampling resources of the supply voltage values and the intensity of the electric current delivered to the installation in question, in order to obtain a consumption signal.
  • the corresponding resources are deemed to be constituted by a circuit delivering an image of the supply voltage and a circuit delivering an image of the intensity of the electric current delivered to the installation.
  • These circuits may advantageously be constituted by any voltage or current sampling circuit accompanied by appropriate samplers delivering, in the Shannon sampling conditions, an image of the voltage respectively of the intensity of the current delivered.
  • These circuits may be followed by analog and digital converters at the designated sampling frequency or period T e . This type of circuit will not be described in detail because it corresponds to circuits known to those skilled in the art in the corresponding technical field.
  • Each digital analog converter circuit CAN delivers, with a rhythm corresponding to the sampling period T e, the voltage note samples v (nT e ) respectively of current i (nT e ), of course n> 0, n denoting the rank of the sample.
  • the device which is the subject of the invention comprises a calculation resource 1 of the instantaneous power delivered, produces sampled values of the values of the supply voltage and the intensity of the electric current. issued.
  • the computing resource 1 of the instantaneous power delivered
  • I receives the sampled values of currents ⁇ ⁇ nT e ), and of voltage v [nT e ) and delivers a product value of these received values, constituting the instantaneous power value delivered denoted p ⁇ nT e ).
  • the consumption signal consists of at least one of the intensity samples delivered i ⁇ nT e ), the voltage delivered v (nT e ) and the instantaneous power delivered. p ⁇ nT e ) at installation.
  • the above-mentioned components of the consumption signal are subjected to observation for the determination of poles, residues and singular values by means of the device that is the subject of the invention in the following manner.
  • the device according to the invention represented in FIG. 4a, comprises, for this purpose, resources for storing and reading the successive values of the consumption signal on at least one observation window, the storage and reading operations being of course executed on several successive observation windows.
  • resources for creating observation windows on the aforementioned intensity, voltage and power components are noted 2i, 2 2 , 2 3 in this figure. They can consist, in a conventional manner, of write / read addressing circuits in memory of the aforementioned components stored for a plurality of successive values of rank n comprised between [k - ⁇ ) N and kN -1, N denoting the number of samples in the window of rank k considered, in connection with the figure the.
  • the device according to the invention represented in FIG. 4a furthermore comprises application resources 3, on the consumption signal and on at least one current observation window, as defined above, of a filtering treatment by the method of the Pencil, this in order to discriminate on the window of the consumption signal all the poles and representative residues, with the singular values, of a combination of signatures of separate electrical charges in operation in the installation considered.
  • the resources for applying the filtering treatment by the Pencil method advantageously comprise separate modules bearing the reference 3i, 3 2 , 3 3 , each receiving the intensity components. , respectively of power of said consumption signal.
  • Each separate module 3i, 3 2 , 33 may be constituted by a dedicated computer incorporating a suitable processing program.
  • Each of the aforementioned modules delivers the poles, the residuals and the singular values for the component of intensity, instantaneous power, voltage of the consumption signal, these values being respectively designated S ck , R ck , SG ck for the component of intensity,
  • the device according to the invention comprises resources 4 for temporal tracking of the combination of signatures and therefore of the electrical and computing charges over at least the duration of the current observation window.
  • rank k of at least the active power consumed by at least a subset of electrical charges in operation in the installation.
  • the aforesaid calculated power is expressed as the sum of the powers, such as the active power, consumed by each separate electrical charge of the aforementioned subset satisfying a power consumption function that binds the poles and the residues.
  • the power function linking the poles and the residues, in particular for the active power verifies the relation (4) previously mentioned in the description.
  • the resources 4 time tracking of the combination of signatures also include separate modules referenced 4 lf 4 2, 4 3 operating on the poles, residues, singular values of the intensity component, power respectively of voltage delivered to the installation.
  • the temporal tracking of the combination of signatures is performed in accordance with the process described in connection with FIGS. 2a to 2c, in particular by detecting the algebraic variation of the values of the residues and the corresponding poles for example.
  • time tracking resources 4 are now described in detail below with reference to the Figure 4b.
  • resources 4 time tracking further comprise at least one module 4 4 for detecting a change of state of engagement / release of electric charge, which receives the digital values representative of the combination signatures issued by each separate module a 1, a 2 and 4 3 is directly connected to a module 4 5 Identification electric charges latched and / or triggered from the signatures of the aforementioned electric charges.
  • the module 4 5 identification of the electrical charges engaged and / or triggered is itself connected to a module 46 of the library of electrical charges identified in relation to their signatures and a module 47 for identifying the uses of consumption of subscriber usage and calculation of consumption at least in active power.
  • 4i 4 modules 7 are of course synchronized by a signal denoted k, N of reading each row of viewing window k comprising, for a number N of samples, a given number of values of residues, poles, singular values delivered by each respective module 3i, 3 2 , 3 3 relative to the intensity, instantaneous power or voltage components, as described previously in the description.
  • Each of the aforementioned modules operates for the execution of the readout of the values of poles, residues and corresponding singular value, as previously described in the description, in conjunction with FIGS. 2c and 3b to 3g.
  • the filtering modules 3i, 3 2 and 3 3 can be constituted by a computer program executable by a computer or by the central processing unit of a dedicated device which makes it possible to apply of the Pencil method to the samples of the components of current intensity, instantaneous power and supply voltage delivered to the installation for obtaining the singular values, poles and residues relating to the aforementioned components of the consumption signal .
  • the time tracking modules 4 1 , 4 2 , 4 3 can also be constituted by a computer program executable by a computer or by the central processing unit of a dedicated device that allows the application of the time tracking process of the engagement / release of electric charges as shown in Figures 2c, 3b to 3g, as described above in the description.
  • the module 46 of the library it is indicated that the latter allows the one-to-one mapping between the signature value or the signature code S? the value of the poles, residuals and corresponding singular value and furthermore of any electrical and or electromechanical characteristics characteristic of normally commercially available electric charges and making it possible to deduce a consumption monitoring by specific electric charge.
  • This computer program comprises at least one calculating routine of the active power consumed by each distinct electric charge verifying a consumed power function linking the poles and the residues of the consumption signal, verifying the relation (4) previously described.
  • C 1 is a unique value obtained by parameterizing a signature process, such as the RSA (Rivest Shamir Adleman) process or algorithm for example, from the residue values, poles and corresponding singular value.
  • a signature process such as the RSA (Rivest Shamir Adleman) process or algorithm for example, from the residue values, poles and corresponding singular value.
  • the method and the device that are the subject of the invention are particularly suitable for implementing processes for detecting and monitoring customers' electrical consumption uses.
  • the module 4 7 identification of consumer uses can implement techniques for detecting and monitoring consumption uses based on statistical techniques known to those skilled in the art.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné. A partir des valeurs échantillonnées de l'intensité du courant et de la tension d'alimentation délivrés à l'installation constitutive d'un signal de consommation, on groupe (A) les valeurs échantillonnées sur des fenêtres temporelles d'observation successives, on discrimine (B) sur chaque fenêtre courante les pôles (S 1) et résidus (R 1) du signal de consommation par la méthode du Pencil, l'ensemble des pôles et résidus associés à au moins une valeur singulière (SG 1) représentant une combinaison de signatures de charges électriques (C 1) distinctes, on calcule (C) sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante au moins la puissance active consommée par un sous-ensemble de charges électriques en fonctionnement, somme des puissances actives consommées par chaque charge électrique (C 1) vérifiant une fonction de puissance consommée liant ces pôles et résidus. Application au comptage de l'énergie électrique consommée par une installation.

Description

Procédé et dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation, par analyse de transitoires de charge
L'invention est relative à un procédé et a un dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation, par analyse de transitoires de charge. A l'heure actuelle la puissance électrique consommée par une installation d'un client abonne, alimentée par le reseau en tension alternative, et la consommation d'énergie électrique correspondante, sont déterminées à partir de mesures directes des paramètres physiques de l'installation, tels que la tension électrique d'alimentation, l'intensité du courant électrique délivré, le déphasage entre le courant électrique délivré et la tension d'alimentation.
De manière habituelle des modules électroniques permettent, à partir des valeurs de tension, de courant et de déphasage précitées, de calculer la puissance électrique active ou réactive consommée, ainsi que, par intégration de valeurs de puissance successives sur une plage temporelle donnée, l'énergie électrique consommée. Les modules électroniques précités sont le plus souvent implantés dans un appareil de comptage, tel qu'un compteur électronique et peuvent, dans certains cas, procéder à une transmission des valeurs précitées mesurées et/ou des valeurs de puissance ou d'énergie finalement consommée. Les appareils de comptage précités donnent satisfaction. Toutefois, ils présentent l'inconvénient de nécessiter l'implantation des modules électroniques précités dans les appareils de comptage eux-mêmes, et donc dans le périmètre privé de l'abonné client, c'est-à-dire, le plus souvent, l'habitation de l'abonné.
Différents développements ont été proposés en vue de déporter la mesure et le comptage de la puissance ou de l'énergie hors du périmètre privé de l'abonné client. Une approche dans ce sens consiste à effectuer une mesure de tension d'alimentation et de courant délivré à l'extérieur du périmètre privé de l'abonné client, par analyse de la courbe de charge globale de l'installation soit au niveau de l'appareil de comptage, soit en amont de ce dernier, sur le branchement de l'installation de l'abonné client, dans le but de mettre en œuvre des processus non intrusifs, connus sous le nom de NIALM pour Non ^ntrusive Appliance L_oad Monitoring en anglais.
L'intérêt des processus non intrusifs précités est manifeste pour les fournisseurs, les distributeurs et les consommateurs d'énergie électrique face aux enjeux de prévision de coûts de l'énergie, de développements de réseaux et de réduction des consommations.
Les processus de NIALM font apparaître plusieurs degrés de non intrusion, ceux comportant une étape d'apprentissage automatisé des appareils, décrits par le brevet US 4 858 141, et ceux comportant une étape d'apprentissage manuel des appareils, décrits par le brevet US 5 483 153 par exemple.
Les processus NIALM manuels s'avèrent plus précis que les processus NIALM automatiques, grâce au recueil des signatures de consommation des appareils à différents états de consommation. Cette semi-intrusion est cependant gênante pour l'abonné client et peu attractive pour le distributeur ou le fournisseur d'énergie électrique.
Dans le cas des processus NIALM manuels, une bibliothèque d'appareils récepteurs électriques est construite, à partir d'un capteur d'intensité de courant électrique sur chaque appareil.
Dans le cas des processus NIALM automatiques une bibliothèque d'appareils récepteurs électriques s'améliorant dans le temps est construite, a partir des puissances mesurées sur l'appareil de comptage. Les bibliothèques précitées permettent en fait d'identifier chaque appareil électrique et sa consommation et ont favorisé une évolution vers l'identification des usages de ces appareils, voire des habitudes d'usage ou de consommation de ces derniers par les abonnés clients qui en disposent.
Ainsi, différents modes opératoires d'identification des usages ont ete proposes : - à partir de la reconnaissance de la variation d'intensité du courant, ainsi que décrit dans la demande de brevet FR 2 645 968. Cette variation est comparée a un seuil représentatif d'un événement, enclenchement ou déclenchement d'une charge domestique. Les valeurs de seuil sont répertoriées dans une bibliothèque ;
- à partir de la mesure des variations de puissance active et réactive et/ou de l'admittance de l'installation en régime permanent, ainsi que décrit par le brevet US 4 858 141. Une comparaison avec une table de référence de différents appareils disponibles sur le marché, mémorisée en bibliothèque est effectuée ; à partir de la mesure du courant a la fréquence fondamentale et de ses harmoniques, ainsi que décrit dans le brevet US 6 816 078. Chaque appareil est identifié par les harmoniques (par transformée fréquentielle FFT) qu'il engendre et classé dans une bibliothèque. Le fonctionnement des appareils électriques est évalué à la valeur vraie par vérification de l'existence des fréquences harmoniques les plus hautes constitutives du courant électrique total ; à partir de la mesure des puissances actives et réactives de l'installation en régime transitoire, tel que décrit dans le brevet US
5 483 153. Une comparaison des formes des transitoires à une base de données est exécutée pour la reconnaissance des charges ; à partir de l'exploitation de l'impulsion HF d'allumage émise par les appareils électriques reliés au réseau électrique tel que décrit dans les brevets EP 1 136 829 et US 7 078 982 B2. Ce mode opératoire nécessite, le cas échéant, sur chaque appareil a détecter, l'implantation d'un dispositif d'émission de signaux HF sur le réseau public, des récepteurs ou répéteurs pour amplifier les signaux HF. Bien que qualifié de non mtrusif, ce mode opératoire nécessite plusieurs séries de mises sous et hors tension des appareils électriques l'un après l'autre, à la première installation du dispositif d'identification ; - à partir des mesures effectuées, sur le courant et la tension pour déterminer la variation d'impédance des charges de l'installation au cours du temps, ainsi que décrit dans la demande de brevet WO 93/04377. Un tel processus reste toutefois intrusif. Un composant de mémoire de masse doit être périodiquement remplacé dans l'appareil de comptage par un préposé.
L'ensemble des processus précités présente un niveau d'intrusion peu compatible avec une diffusion de masse que représentent les parcs d'appareils domestiques.
Les processus précités utilisent des paramètres et grandeurs plus conformes aux réseaux d'alimentation en tension purement sinusoïdale, telles que puissances apparentes, réactives, actives, valeurs efficaces de courant et de tension, et sont ainsi mis à mal, car peu adaptés, à la diffusion, sur les installations d'abonnés, de plus en plus nombreuses d'appareils électroniques générateurs de perturbations électriques et de bruit, se superposant à la composante fondamentale.
Les processus précités les plus connus pour l'homme de l'art mettent en œuvre, pour exécuter une décomposition des signaux, un traitement frequentiel, du type transformée de Fourier rapide, désignée FFT en anglais. Ce type de traitement nécessite une fenêtre d'observation relativement importante du signal traite, afin d'assurer une discrimination efficace des différentes composantes du signal traité, fréquence fondamentale, à 50 Hz ou 60 Hz, et fréquences harmoniques, en vue d'un traitement satisfaisant des composantes de bruit précitées superposées à la composante fondamentale. Parallèlement aux méthodes d'analyse purement frequentielle précitées, par transformée frequentielle, du type transformée de Fouπer, d'autres méthodes théoriques d'analyse de la réponse en transmission en temps réel, de systèmes soumis a un champ électromagnétique variable ont ete proposées. Essentiellement développée dans le cadre de l'étude de la réponse de réflecteurs ou d'antennes excites par une onde électromagnétique supposée se propager par ondes planes, une méthode spécifique, désignée méthode du Pencil, a ete proposée, laquelle permet, a partir de la réponse transitoire et permanente d'une cible a une excitation électromagnétique rayonnee, de déterminer les pôles et résidus de la réponse précitée par resolution d'un problème généralise de valeurs propres.
Pour une description d'une approche théorique de la méthode du Pencil précitée, appliquée a une cible formée par un fil conducteur électrique, on pourra utilement se reporter a l'article intitule « Generalized Pencil-of- Function Method for Extractmg Pôles of an EM System from îts Transient Response » publie par Yingbo Hua et Tapan K. Sarkar membres du Department of Electπcal and Computer Engineering, Syracuse University, Syracuse, NY 13344-1240, IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol.37, n°3, February 1989, p 229-234.
Plus récemment, une étude comparative entre les performances comparées de resolution spectrale entre les techniques de traitement frequentiel, telle que la transformée de Fouπer, et la méthode du Pencil, intitulée « Compaπson between the Matrix Pencil Method and the Fouπer Transform Technique for High Resolution Spectral Estimation » publiée par José Enrique Fernandez del Rio et Tapan K. Sarkar Department of Electrical and Computer Engineering, 121 Link Hall, Syracuse University, Syracuse, New York 13244-1240, Digital Signal Processing 6, 108-125 (1996) Article N0OOIl, a montre la supériorité de la méthode du Pencil vis-à-vis des méthodes de traitement frequentiel par transformée de Fourier, en matière de dispersion d'estimation et d'erreur quadratique moyenne, pour un rapport signal a bruit supérieur à une certaine valeur de seuil. La présente invention a pour objet la mise en œuvre d'un procédé et d'un dispositif de détermination non mtrusive de la puissance électrique consommée par une installation, par analyse de transitoire de charges par la méthode du Pencil, l'installation étant assimilée à une ou plusieurs charges, pouvant présenter des caractéristiques de réponse variables dans le temps, absorbant partiellement et/ou totalement l'énergie électrique délivrée sous forme d'un signal d'excitation électromagnétique par le réseau de distribution. Le procède de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné, conforme a l'objet de la présente invention, est exécuté à partir d'un échantillonnage périodique des valeurs de tension d'alimentation et de l 'intensité du courant électrique délivrés à cette installation pour obtenir un signal de consommation.
Il est remarquable en ce que, à partir des valeurs échantillonnées du signal de consommation, il consiste au moins à grouper ces valeurs échantillonnées sur des fenêtres temporelles d'observation successives, discriminer, sur chaque fenêtre temporelle d'observation courante successive, l'ensemble des pôles et des résidus du signal de consommation par la méthode du Pencil. Un tel ensemble de pôles et résidus est représentatif, sur la fenêtre d'observation courante, d'une combinaison de signatures de charges électriques distinctes incluant au moins des pôles et des résidus déterminés associées à au moins une valeur singulière obtenue par la méthode du Pencil en fonctionnement dans cette installation, calculer sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante, au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble des charges électriques en fonctionnement dans l'installation, exprimée comme la somme des puissances actives consommées par chaque charge électrique distinct de ce sous-ensemble vérifiant une fonction de puissance consommée liant ces pôles et résidus.
Le procédé objet de l'invention est également remarquable en ce que pour la puissance active, la fonction de puissance vérifie la relation :
Figure imgf000010_0001
où P : désigne la puissance active consommée par l'ensemble des charges électriques distinctes C1 de signature [S1, R1, SG1) ;
Scι et Ra : désignent les pôles respectivement les résidus du courant échantillonné délivré à l'installation ;
Sn, et Rvι, : désignent les pôles respectivement les résidus de la tension échantillonnée délivrée à l'installation SG1 désignant les valeurs singulières; tω : dés igne l ' inst ant de début de l a fenêtre d ' observat ion de rang k;
At : dé s igne l a durée de l a fenêtre d ' observat i on ; sinh c(x) : dés igne l a f onct ion s inus hyperbol igue du cardinal de la valeur X , s oit
sinhc f(Sa +Sjf =sinh f(Sa +Sjf) /Uβa +Sjf
V Δ J \
M : désigne le nombre de pôles et résidus observés du courant échantillonné délivré à l'installation ; M' : désigne le nombre de pôles et résidus observés de la tension échantillonnée délivrée à l'installation.
Le procédé objet de l'invention est également remarquable en ce que la fréquence d'échantillonnage, pour obtenir le signal de consommation, et la durée At de chaque fenêtre d'observation sont liées par la relation :
" Nc
At. fe = Nem ≥ 2. ∑nci + 2{\ + H) dans laquelle
Nem : désigne le nombre minimum d'échantillons sur la durée de chaque fenêtre d'observations, Nc désigne le nombre observé de charges électriques distinctes de l'installation d'abonné, nci désigne le nombre de pôles de la charge électrique considérée, H désigne le nombre de composantes harmoniques de la fréquence fondamentale de la tension d'alimentation. Le procédé objet de l'invention est en outre remarquable en ce que, pour une fenêtre d'observation du signal de consommation incluant le régime libre et le commencement du régime forcé d'enclenchement/déclenchement d'une charge, l'enclenchement/déclenchement d'une charge purement résistive est signé par un régime forcé unique, par l'existence, pour la fenêtre d'observation, de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime forcé, et par la phase nulle des résidus en régime forcé, l'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive et capacitive est signé par un régime libre et un régime forcé distincts, par l'existence, pour la fenêtre d'observation, de deux pôles complexes conjugués a partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués à partie réelle nulle dans le régime force et par un pôle réel et un résidu dans le régime libre, la phase négative du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement capacitive de la charge, 1 'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive et inductive est signé par un régime libre et un régime forcé distincts, par l'existence, pour la fenêtre d'observation, de deux pôles complexes conjugués a partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime forcé et par un pôle réel et un résidu complexe dans le régime libre, la phase positive du résidu caractérisant la nature globalement inductive de la charge . Le procédé objet de l'invention est enfin remarquable en ce que, pour une fenêtre d'observation du signal de consommation incluant le régime libre et le début du régime forcé d'enclenchement/déclenchement d'une charge, l'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive, inductive et capacitive est signé par un régime force et un régime libre distincts, par l'existence, en régime forcé, de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués, et, en régime libre, de deux pôles complexes conjugués et deux résidus complexes conjugués, la phase négative du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement capacitive de la charge et la phase positive du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement inductive de la charge.
Le dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné, objet de l'invention, comporte au moins des ressources d'échantillonnage périodique des valeurs de tension d'alimentation et de l 'intensité du courant électrique délivrés à cette installation pour obtenir un signal de consommation. Il est remarquable en ce qu'il comporte en outre au moins un module de calcul de la puissance instantanée délivrée produit des valeurs échantillonnées des valeurs de tension d'alimentation et de l 'intensité du courant électrique délivres, le signal de consommation comportant l'une au moins des valeurs échantillonnées de la tension d'alimentation, de l'intensité du courant électrique délivrés ou de la puissance instantanée délivrée, des ressources de mémorisation et de lecture des valeurs successives du signal de consommation sur au moins une fenêtre d'observation, des ressources d'application, sur le signal de consommation, sur au moins une fenêtre d'observation courante, d'un traitement de filtrage par la méthode du Pencil, pour discriminer, sur cette fenêtre, l'ensemble des pôles et résidus représentatifs d'une combinaison de signatures de charges électriques distinctes incluant au moins les pôles et les résidus associés a au moins une valeur singulière obtenue par la méthode du Pencil en fonctionnement dans l'installation, un module de suivi temporel de la combinaison de signatures et de calcul, sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante, d'au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble des charges électriques en fonctionnement dans l'installation, exprimée comme la somme des puissances actives consommées par chaque charge électrique distincte de ce sous-ensemble vérifiant une fonction de puissance consommée liant ces pôles et résidus. Le dispositif objet de l'invention est en outre remarquable en ce que le module de suivi temporel de la combinaison de signatures et de calcul d'au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble de charges électriques comprennent au moins, un module de détection de changement d'état d'enclenchement/déclenchement de charge électrique, un module d'identification des charges électriques enclenchées et/ou déclenchées a partir des signatures de charges électriques, un module de librairie de charges électriques identifiées en relation avec leur signature, un module d'identification des usages de consommation de l'utilisation abonne et de calcul de la consommation, au moins en puissance active. Le procédé et le dispositif objets de l'invention trouvent application à la gestion non intrusive des installations domestiques ou industrielles d'appareils électriques, à la construction d'appareils de comptage d'énergie électrique consommée, et, plus généralement, à la surveillance et au contrôle des installations électriques d'usagers.
Ils seront mieux compris a la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-apres dans lesquels : - la figure la représente, à titre purement illustratif, un organigramme des étapes essentielles permettant la mise en œuvre du procédé objet de l'invention ; - la figure Ib représente, à titre illustratif, une variante de mise en œuvre préférentielle non limitative du procédé objet de l'invention, dans laquelle un choix spécifique de la durée de la fenêtre d'observation peut être effectué en fonction de la fréquence d'échantillonnage du signal de tension et/ou de courant ; la figure 2a représente, à titre purement illustratif, un exemple de mise en œuvre non limitatif d'une étape d'acquisition des signatures de charges observées dans l'installation d'un abonné client ; la figure 2b représente, à titre purement illustratif, un exemple de mise en œuvre non limitatif d'une étape d'identification des charges électriques, a partir de leur signature ; la figure 2c représente, à titre purement illustratif, un exemple de mise en œuvre non limitatif d'exécution d'une étape de suivi de mise en fonctionnement/respectivement hors fonctionnement de chaque charge à partir d'une discrimination de leur signature.
- la figure 3a représente, à titre d'exemple purement illustratif, le schéma électrique d'une installation d'abonné arbitraire permettant de représenter la mise en œuvre du procédé objet de l'invention sur une telle installation ; - la figure 3b représente à titre d'exemple les valeurs d'intensité du courant mesuré pour une commutation des charges de l'installation de la figure 3a, par actionnement des interrupteurs Tl, T2 , T3 et T4 selon le diagramme temporel représenté sur la figure 3b ;
- la figure 3c représente la distribution et le suivi temporel correspondant des valeurs singulières révélées par la méthode du Pencil, lors de la commutation des charges de l'installation représentée en figure 3b ; les figures 3d et 3e représentent un chronogramme du suivi temporel des valeurs réelles des pôles respectivement des valeurs imaginaires des pôles, pour la commutation des charges de l'installation représentée en figure 3b ;
- les figures 3f et 3g représentent un chronogramme du suivi temporel des résidus lies au régime force respectivement au régime libre pour la commutation des charges de l'installation représentée en figure 3b ;
- les figures 4a et 4b représentent à titre illustratif, un schéma fonctionnel, sous forme d'un schéma blocs, d'un dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée sur une installation, conforme a l'objet de la présente invention.
Une description détaillée des étapes de mise en œuvre du procédé de détermination sans intrusion de la puissance électrique consommée par une installation, par analyse de transitoires de charge, conforme à l'objet de l'invention sera maintenant donnée en liaison avec la figure la et les figures suivantes.
La mise en œuvre sans intrusion du procédé et du dispositif objets de l'invention s'entend d'une exécution de mise en œuvre en totale transparence de fonctionnement vis-à-vis de l'installation de tout client, soit en aval et/ou dans tout dispositif de comptage de ce client, soit en amont de ce dernier.
En référence à la figure la précitée, on considère une installation d'abonné, installation domestique ou industrielle, pour laquelle on dispose de valeurs de tension d'alimentation et de l' intensité du courant électrique délivrées à cette installation, obtenues par échantillonnage périodique, pour obtenir un signal de consommation . Sur la figure la, les valeurs échantillonnées de tension Vx et d'intensité Ix du courant délivré sont notées selon la relation (1) :
Figure imgf000017_0001
fe
Dans cette relation, JC désigne le rang d'échantillonnage successif des valeurs précitées, KN désigne une valeur finale quelconque du rang d'échantillonnage sur K fenêtres d'échantillonnage successives comportant chacune N échantillons, fe désigne la fréquence d'échantillonnage des valeurs précitées.
Selon un aspect remarquable du procède objet de l'invention, celui-ci consiste, a partir des valeurs échantillonnées du signal de consommation, en une étape A, à grouper les valeurs échantillonnées précitées sur des fenêtres temporelles d'observation successives.
À l'étape A de la figure la, l'opération correspondante est notée selon la relation (2) :
\γ I }KN → \v P I V=κ j=N
Par l'opération correspondante, on comprend que tout ensemble de valeurs échantillonnées est en fait subdivisé en une pluralité de sous-ensembles de valeurs échantillonnées, chacun constitutif d'une fenêtre d'observation de ces valeurs échantillonnées, dans lesquelles k désigne le rang de la fenêtre d'observation et j désigne le rang de la valeur échantillonnée de tension respectivement de courant délivrés dans la fenêtre d'observation de rang k considéré. En outre K désigne la valeur finale du rang de la dernière fenêtre d'observation retenue et N désigne la valeur finale du rang du dernier échantillon de tension respectivement de courants dans chaque fenêtre d'observation de rang k considéré . D'une manière générale, on indique que le regroupement des échantillons successifs de valeur de tension respectivement de courant délivrés peut être effectué par adressage sélectif en lecture-écriture des valeurs d'échantillons de tension et de courant délivrés en mémoire, de manière classique.
Les fenêtres successives d'observation ainsi obtenues peuvent avantageusement former des fenêtres sans recouvrement, l'application de gabarit de pondération et/ou d'observation des échantillons n'étant pas nécessaire.
Chaque fenêtre d'observation formée par une suite de N échantillons de valeur de tension respectivement de courant délivrés correspond à une durée d'observation Δ^ proportionnelle au nombre N d'échantillons. L'étape A de groupement précitée est alors suivie d'une étape B consistant à discriminer, sur chaque fenêtre temporelle d'observation courante, de rang k successif, au moins l'ensemble des pôles notés S1 et des résidus R1 du signal de consommation par la méthode du Pencil. À l'étape B de la figure la, l'opération de discrimination des pôles et des résidus est notée par la relation (3) : Méthode du Pencil
J V Ig •> rlg 1 Ig ] J
Figure imgf000019_0001
t=I j=\ ^ lλ° ι ' Λ* ' ° ^i
Figure imgf000019_0002
Dans la relation (3) précédente, 3* dénote l'application de la méthode du Pencil, par traitement de données appliqué aux échantillons ;
Figure imgf000019_0003
désigne chaque fenêtre d'observation de rang k de N échantillons ;
Figure imgf000019_0004
désigne l'ensemble des pôles S1 , des résidus R1 et des valeurs singulières SG1 observés révélés par la méthode du Pencil sur la fenêtre d'observation de rang k considéré.
Selon un aspect remarquable du procédé objet de l'invention, l'ensemble des pôles, des résidus et des valeurs singulières précités est représentatif, sur la fenêtre d'observation courante de rang k considéré, d'une combinaison de signatures S^ de charges électriques
C1 distinctes.
On indique que selon un aspect spécifique non limitatif du procédé objet de l'invention, les pôles S1, les résidus R1 et les valeurs singulières SG1 de toute charge électrique C1 sont calculés sur l'une au moins des composantes de courant, de tension ou de puissance instantanée formant un signal de consommation délivrées à l'installation ainsi qu'il sera explicité ultérieurement dans la description.
Chaque signature
Figure imgf000020_0001
inclut au moins des pôles S1 et des résidus R1 déterminés associés à au moins une valeur singulière SG1 représentative d'une charge et de la commutation de celle-ci en fonctionnement ou hors fonctionnement dans l'installation.
Ainsi, chaque signature
Figure imgf000020_0002
est formée par un triplet de valeurs numériques représentatives de pôles, de résidus et d'une valeur singulière, et représentée par la notation J/f (S1,R1,SG1) .
L'étape B est alors suivie d'une étape C consistant à calculer la puissance électrique consommée sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante précitée. On comprend que, selon un mode de mise en œuvre avantageux non limitatif du procédé objet de l'invention, le calcul de puissance précité peut être effectué au moins pour la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble de charges électriques en fonctionnement dans l'installation, pour la puissance réactive ou finalement pour tout type de puissance électrique consommée .
Selon un aspect remarquable du procédé objet de l'invention, le calcul de la puissance consommée par au moins un sous-ensemble de charges électriques est établi comme la somme des puissances consommées par chaque charge électrique distincte de ce sous-ensemble, vérifiant une fonction de puissance consommée liant les pôles et résidus précités. À l'étape C de la figure la, et à titre de seul exemple non limitatif pour la puissance active consommée, la fonction de puissance vérifie la relation (4) :
Figure imgf000021_0001
où P : désigne la puissance active consommée par l'ensemble des charges électriques distinctes C1 de signature [S1, R1, SG1) ;
Sa etRa : désignent les pôles respectivement les résidus du courant échantillonné délivré à l'installation ; Svι, et Rvι, : désignent les pôles respectivement les résidus de la tension échantillonnée délivrée à l'installation ; tkd : désigne l'instant de début de la fenêtre d'observation de rang k;
At : désigne la durée de la fenêtre d'observation ; sinhc(x) : la fonction sinus hyperbolique du cardinal de la valeur X, soit sinhc((Sa +SVI,)fysinh((SCI +Sw,)f)/((Sβ +5M.)f] ;
M : désigne le nombre de pôles et résidus observés du courant échantillonné délivré à l'installation ; M' : désigne le nombre de pôles et résidus observés de la tension échantillonné délivrée à l'installation. La relation (4) exprime ainsi la fonction de puissance sur la fenêtre d'observation. Différents justificatifs théoriques qualitatifs de processus permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention seront donnés ci-après.
D'une manière générale, on indique que le signal de consommation est formé par l'ensemble des valeurs échantillonnées de tension et ou de courant délivrés à l'installation, complété éventuellement par la valeur de puissance instantanée correspondant sensiblement au produit de la valeur échantillonnée de tension respectivement de courants délivrés à l'installation, ou à une combinaison de ces valeurs, ainsi qu'il sera explicité ultérieurement de manière plus détaillée dans la description. La mise en oeuvre de la méthode du Pencil, par traitement des données appliquée aux valeurs précitées, opère le calcul d'une matrice de Hankel à partir d'une transformation par la méthode désignée méthode SVD pour _Single Value Recomposition en anglais. Les pôles S1 ainsi révélés représentent la contribution à la réponse de la charge au sens temporel au signal de consommation . Les résidus R1 représentent la contribution à la réponse de la charge au sens échange ou absorption d'énergie au signal de consommation. Les valeurs singulières SG1 représentent la transition d'un état de consommation à un autre du fait de l'enclenchement/déclenchement, total ou partiel, d'une charge de l'installation. Les valeurs singulières précitées sont directement liées à la mise en évidence des valeurs propres de la matrice de Hankel, lors de l'application de la méthode du Pencil. A chaque fenêtre d'observation des valeurs échantillonnées, ou plus généralement du signal de consommation, correspond un ensemble de valeurs singulières . Le changement de valeur singulière représente le changement ou transition du signal de consommation, car les valeurs singulières ont la même valeur en état stationnaire, en l'absence de commutation totale ou partielle de charge. Les rebondissements des valeurs singulières sont liés à la valeur des pôles S1.
L'apparition d'une valeur singulière sur la fenêtre d'observation ou sur une succession de fenêtre d'observation est sensiblement synchrone du changement de régime d'intensité du courant consomme par l'installation sur commutation simultanée ou non d'une ou plusieurs charges de l'installation.
Enfin la discrimination des pôles et des résidus permet de discriminer le type de charge en fonctionnement, charge résistive, capacitive ou inductive, ainsi qu'il sera décrit de manière plus détaillée dans la description ultérieurement .
D'une manière plus spécifique, on indique que, pour la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention et pour une tension d'alimentation sensiblement périodique de pulsation (ù et de période T, la durée Δ^ de chaque fenêtre d'observation courante de rang k peut-être prise égale à la période T. Un tel choix de la durée de la fenêtre d'observation n'est pas indispensable. Toutefois, d'un point de vue granulaire de l'observation, le choix précité permet en quelque sorte une remise à l'état initial du réseau ou de l'installation et de la charge.
D'une manière plus générale, la durée de chaque fenêtre d'observation peut être choisie compte tenu de la fréquence d'échantillonnage fe , selon la relation (5) :
At.fe = Nem ≥ 2. ∑«cz + 2(1 + H)
Dans la relation précédente, fe désigne la fréquence d'échantillonnage ;
Nem désigne le nombre minimum d'échantillons sur la durée de chaque fenêtre d'observation ;
Nc désigne le nombre observé de charges électriques distinctes C1 de l'installation d'abonné ; nci désigne le nombre de pôles de la charge électrique C1 considérée; H désigne le nombre de composantes harmoniques de la fréquence fondamentale de la tension d'alimentation. En référence à la figure Ib, on indique que le choix de la durée Δ^ peut être effectué par exemple à partir de la relation précitée au cours d'une sous étape Ai puis exécution du groupement correspondant en une sous étape successive A2. Les étapes B et C peuvent alors être effectuées successivement.
Une description plus détaillée d'étapes de discrimination et d'acquisition des signatures, d'identification des charges électriques constitutives du sous-ensemble de charges électriques distinctes puis de suivi de la mise en fonctionnement/hors fonctionnement de chaque charge distincte, conformément au procédé objet de l'invention, sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a, 2b et 2c respectivement. D'une manière générale, on indique que les étapes précitées sont exécutées sur les valeurs numériques représentatives des résidus, des pôles et des valeurs singulières par des programmes de tri de ces valeurs numériques dont les organigrammes généraux sont représentés à titre purement illustratif sur les figures précitées .
En référence à la figure 2a, suite à étape consistant à discriminer l'ensemble des pôles et des résidus du signal de consommation, le procédé objet de l'invention comporte une étape de discrimination et d'acquisition des signatures S? \ [S1, R1, SG1) formées par un couple de pôles S1, résidus R1 auxquels est associé une valeur singulière SG1. Une description plus détaillée de processus permettant la mise en œuvre d'une étape de discrimination et d'acquisition des signatures S? \, d'identification des charges électriques C1 en fonctionnement sur une fenêtre d'observation, respectivement de suivi de mise en fonctionnement/hors fonctionnement de chaque charge distincte sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a, 2b respectivement 2c.
En référence à la figure 2a, suite à l'étape consistant à discriminer l'ensemble des pôles S1 et des résidus R1 du signal de consommation, l'étape de discrimination et d'acquisition des signatures S? i peut être illustrée selon le processus représenté en figure précitée, à x i=Nc partir des triplets [S1, R1, SG1) ι=\ .
L'ensemble des triplets précités étant mémorisé sous forme d'une liste par exemple, on procède en une étape 100 à la lecture de chaque valeur singulière SG1 dont on dispose dans l'ensemble des valeurs singulières SG1 mémorise selon la relation symbolique (6) :
3SG1 =SG, ?
Sur réponse positive au test 100, c'est-à-dire pour la lecture de la valeur singulière SG1, on attribue aux triplets (S1, R1, SG1) un code d'identification de signature noté
Figure imgf000026_0001
correspondant, à l'étape 101.
Le processus est poursuivi pour la valeur singulière suivante d'indice /+1 par retour par l'étape 102 à l'étape 100 précitée, tant qu'il existe une valeur singulière non lue SG1.
Au contraire, sur réponse négative au test de lecture de l'étape 100, le processus de lecture de l'ensemble des valeurs singulières est interrompu et l'on dispose à l'étape 103 de l'ensemble des signatures
Figure imgf000026_0002
de charges électriques C1 susceptibles d'apparaître par une mise en fonctionnement/hors fonctionnement totale ou partielle sur l'installation considérée.
L'ensemble des signatures précitées peut alors être mémorisé dans une mémoire ou bibliothèque de signatures, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description .
En référence a la figure 2b, l'étape d'acquisition des signatures précitées est alors suivie, avantageusement, d'une étape d'identification des charges électriques constitutives de tout sous-ensemble de charges électriques distinctes en fonctionnement sur au moins une fenêtre d'observation. On comprend, en particulier, que tout ou partie de l'ensemble des charges électriques de l'installation considérée peut-être mis en fonctionnement simultanément ou non, selon la mise en fonctionnement ou hors fonctionnement individuellement de chaque charge électrique de l'installation selon la seule volonté de 1 ' utilisateur . Ainsi, en référence à la figure 2b, on procède, à partir de l'ensemble des signatures mémorisées et bien entendu des tπplets pôles, résidus valeur singulière associes à chacune de ces dernières à l'identification, en une étape 200, de l'existence sur l'installation des pôles, résidus et valeur singulière existants et observés en fonctionnement. Ce processus d'identification peut être réalisé par une comparaison des valeurs de pôles résidus et valeur singulière correspondant aux valeurs de triplets associes à la signature correspondante, avec un intervalle de confiance d'identification de ces valeurs. Cette opération est représentée a l'étape 200 par la relation ( 7) :
3 5^, |ze[l,Nc]?
Sur réponse positive à l'étape 200 précitée, à la discrimination de la signature
Figure imgf000027_0001
est associée une charge électrique C1 correspondante aux caractéristiques électriques spécifiques. On comprend, en particulier qu'une correspondance biunivoque peut être effectuée entre toute valeur de signature ou code de signatures &x et les caractéristiques électriques de chaque charge électrique, grâce à la mise en œuvre d'une bibliothèque de charges associée à la bibliothèque de signatures, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description. Les étapes 200, 201 sont poursuivies par passage à la signature suivante par retour a l'étape 200 par l'intermédiaire de l'étape 202 symbolisée par la relation z=z' + l, pour toutes les signatures de charges électriques susceptibles d'être mises en fonctionnement sur l'installation.
Lorsque l'ensemble des signatures, et donc des charges électriques, susceptibles d'être mises en fonctionnement pour l'installation considérée a été soumis au test de l'étape 200, on dispose à l'étape 203 de l'ensemble des charges électriques en nombre Nc en fonctionnement sur l'installation, noté selon la relation (8) :
Figure imgf000028_0001
Cet ensemble constitue un sous-ensemble de la totalité des charges électriques susceptibles d'être mis en fonctionnement pour l'installation considérée, sous- ensemble égal a tout ou partie de cette totalité. On comprend bien entendu que la correspondance biunivoque entre la valeur ou code de signature
Figure imgf000028_0002
, et la charge électrique C1 correspondante est également établie avec le triplet (S1 , R1 , SG1 ) auquel ce dernier est associé.
La détection de la présence ou de l'absence de chaque triplet précité observé sur l'installation, et en conséquence de la signature J/? et de la charge électrique
C1 correspondante, permet, selon un aspect remarquable du procédé objet de l'invention, d'exécuter une étape de suivi de la mise en fonctionnement/hors fonctionnement de chaque charge individuelle distincte par discrimination de tout ou partie de la signature de cette dernière sur au moins une fenêtre d'observation. On comprend en particulier que la discrimination précitée peut être exercée sur une ou plusieurs valeurs du triplet associé a cette charge, selon un processus de logique floue tel que décrit précédemment dans la description. Ainsi que représente à titre d'exemple en figure 2c, pour toute charge électrique C1 du sous-ensemble précité on procède en une étape de test 300 a l'identification de la signature
Figure imgf000029_0001
par discrimination des valeurs de pôles, résidus, valeur singulière ou d'une combinaison de ces derniers selon la relation (9) : 3 & ^C1I
Sur réponse positive au test 300, la charge électrique C1 est déclarée en fonctionnement « ON » à l'étape 301. Au contraire sur réponse négative au test 301, la charge électrique C1 est déclarée hors fonctionnement «OFF ». Le processus de suivi peut être exécuté sur une durée quelconque par retour au test de l'étape 300 par l'intermédiaire de l'étape 302, notée i=ι+\. Un exemple de mise en œuvre des processus précités, sur une installation représentée en figure 3a comportant une charge résistive pure R1, une charge résistive-capacitive R2C2, une charge résistive-mductive R3L3 et une charge résistive capacitive et inductive R4L4C4 est décrit ci- après . On mesure le courant et la tension instantanés par échantillonnage a l'entrée de l'installation électrique d'une habitation. Ces deux signaux analogiques sont convertis en valeurs numériques à l'aide du CAN a la fréquence d'échantillonnage fe= — . A partir de ces deux
Te mesures, on calcule la puissance instantanée consommée par les charges en présence, selon la relation précédemment mentionnée.
Les interrupteurs Ti, T2, T3 et T4 commutent leur charge respective Ri, R2C2, R3L3 et R4C4L4 selon la logique
« ON », « OFF » indiquée sur la figure 3b,
On applique la méthode du Pencil sur chaque fenêtre d'observation de la puissance, de la tension et du courant d'alimentation.
Pour chaque fenêtre d'observation d'indice k, N échantillons du signal sont prélevés.
La méthode du Pencil permet de filtrer le signal observé du bruit généré par la chaîne de mesure et de conversion, voire d'éliminer une composante non pertinente du signal.
Elle fournit pour chaque fenêtre d'observation courante donnée de rang k, les vecteurs de taille M des valeurs singulières SGlk , des pôles Sά , et des résidus Rιk pour le courant, la tension et la puissance.
La mémorisation sélective des résultats successifs fournis par la méthode du Pencil permet d'exécuter le suivi temporel. La méthode du Pencil est appliquée sur chaque fenêtre d'observation temporelle du courant. La durée At de la fenêtre est paramétrable, elle est dans l'exemple donné choisie égale à At=\0ms dans le cas des figures 3c à 3g, soit une demie période pour une fréquence d'alimentation à 50 Hz. Un exemple de suivi temporel des valeurs singulières est donné sur la figure 3c. Sur la figure 3c, l'axe des abscisses est gradué en secondes et l'axe des ordonnées en valeur relative d'amplitude de valeur singulière, sans dimension. L'enveloppe du courant d'entrée représentée en figure 3b se retrouve au niveau de l'évolution des valeurs singulières ; leurs variations mettent en évidence les changements d'états, de manière sensiblement synchrone. Le nombre de pôles et de résidus pertinents est issu d'un traitement approprié de ces valeurs singulières. Le suivi temporel des parties réelles et imaginaires de chaque pôle est illustré respectivement sur les figures 3d et 3e.
Sur la figure 3d, l'axe des ordonnées est gradué en Népériens par seconde, Np/s, et, sur la figure 3e, l'axe des ordonnées est gradue en Hertz.
Selon un mode de réalisation préférentiel non limitatif, le suivi temporel des résidus est exprimé par celui de leurs valeurs normalisées, en régime force et en régime libre figures 3f et 3g. Ce choix, mieux approprie, facilite la classification par rapport aux résidus. Sur les figures 3f et 3g, l'axe des ordonnées est gradué en Ampères (A) .
Ces suivis temporels délivrent des informations sur les caractéristiques des charges. Les harmoniques, dont le fondamental, sont caractérisés par des pôles purement imaginaires, ils correspondent au régime forcé des charges.
Les régimes libres sont caractérises par des pôles dont la partie réelle donne des informations sur les constantes de temps (confer figure 3d) , et la partie imaginaire sur les fréquences propres (confer figure 3e) . Les résidus sont directement lies aux charges en présence et aux harmoniques si ces fréquences existent. Selon un mode de réalisation préféré, pour le régime forcé, on définit une valeur normalisée pour chaque résidu Rιk . Cette définition peut être donnée pour tout type de résidu, de tension, de courant, de puissance et, notamment pour les résidus de courant, donnée par l'expression suivante avec, pour l'exemple ci-après, Ra note 9î/f désignant le résidu de courant et Sa noté SI, désignant le pôle de courant dans la fenêtre d'observation numéro k, VlIN[ désignant la valeur normalisée correspondante :
Figure imgf000032_0001
avec : tfoi , l'instant du début de la fenêtre d'observation numéro k ; 91/f , le résidu du courant lie au régime forcé et relatif à la fenêtre k, pour la fréquence fondamentale et pour les fréquences harmoniques si elles existent ;
SI, , le pôle du courant lie au régime force et correspondant au résidu du courant 9t/f .
La figure 3f donne l'évolution temporelle des résidus normalisés de courant 9î/f lies aux fréquences positives. Selon un mode de réalisation, l'exploitation des 9Î/N permet de remonter à la valeur de la charge.
Par analogie, on peut établir une normalisation des résidus du courant lies au régime libre de la manière suivante, 9t/N^ désignant la valeur normalisée correspondante :
Figure imgf000033_0001
avec tω , instant du début de la fenêtre d'observation numéro k ; t0 , instant d'enclenchement de la charge ;
9t/,f , désigne le résidu du courant lié au régime libre et relatif à la fenêtre k ; SI^ , désigne le pôle du courant lié au régime libre, relatif à la fenêtre k et correspondant au résidu 9î/f . La figure 3g donne l'évolution temporelle de 9Î/N^ , résidu normalisé du courant lié au régime libre. Sur cette figure apparaissent trois instants d'enclenchement de charge, soit t0 correspondant aux instants 0,2s, 0,61s et 1,1s.
Les pôles, figures 3d, 3e, liés à la fréquence positive de l'excitation sont représentes par des cercles « o ». Ceux liés à la fréquence négative conjuguée, sont représentés par des croix « x ». Les pôles liés au régime libre de la charge sont représentés par des étoiles et des losanges « * , 0 ». Les résidus normalises, liés aux fréquences positives, sont représentés par des cercles « o » (figure 3f) dans le cas du régime force et par des étoiles « * » (figure 3g) pour le régime libre. On comprend que le processus de suivi mis en œuvre consiste essentiellement en une lecture des valeurs de pôles, résidus, valeurs singulières et en une comparaison de ces données pour détection d'un changement d'état. Les instants de changement d'état sont détectés au niveau de la variation des valeurs singulières représentées en figure 3c. Ces instants apparaissent aussi au niveau du suivi des résidus normalisés. La figure 3f illustre ce phénomène . L'interprétation des suivis temporels des pôles et des résidus normalisés donnés par les quatre figures 3d, 3e, 3f et 3g est la suivante :
Entre les instants Os et 0.2s :
Entre ces deux instants, les figures 3d et 3e donnent deux pôles imaginaires purs (0 + 5Oy) et (0-5Oy') qui correspondent à la fréquence du 50Hz . On comprend que la forme générale des pôles normalisés est donnée par O±Fj où F désigne la fréquence fondamentale de la tension d'alimentation et j
Figure imgf000034_0001
.
Si on considère qu'aucune charge n'est présente avant l'instant t=0, la variation du résidu lié au régime forcé, figure 3f, est de Λ91N1 calc = (2.3069 - 4.2406 - 10"δy )- (o) . Selon le mode de réalisation préféré, à partir de cette information on peut déduire le module de la charge ainsi que sa phase. A cet instant, on est en présence d'une charge de module 100Ω et de phase nulle. Or, la valeur utilisée en expérimentation était une résistance de valeur i?j =100Ω et la valeur théorique du résidu normalisé est : 9ÎN1 τh = 23 + 0j Entre les instants 0.2 et 0.6s :
Entre ces deux instants, les figures 3d et 3e montrent l'existence de trois pôles, (θ + 5Oj), (θ-5Oj) et (-10 + Oj).
Ce dernier pôle indique le déclenchement à l'instant 0.2s d'une charge du premier ordre de constante de temps
T = — = 100««: . 10
Selon le mode de réalisation préféré, on calcule la variation des résidus normalisés liés au régime forcé à l'instant 0.2s, fournis par la figure 3f : Λ%N2calc =
(4.6022 +7.3130-10"2j)- (2.3069 - 4.2406 -10~6j) = 2.2953 + 7.3134-10~2j Selon le mode de réalisation préféré et à partir de cette information, on peut alors calculer le module de la charge ainsi que sa phase. A cet instant on observe une charge de module 100.15Ω et de phase -0.0318 rd{- 1.822° ). On en déduit le caractère capacitif de cette charge. Or, la charge qui est enclenchée à l'instant précité est un circuit RC série de résistance i?2 =100Ω et de capacité C1 =XmF . La valeur théorique du résidu normalisé correspondant est 9ÎN2 Th = 2.2977 + 7.313 - 10"2y , elle est identique à celle issue de la méthode du Pencil.
Entre les instants 0.6s et 1.1s :
Entre ces deux instants, les figures 3d et 3e donnent trois pôles, (θ + 5Oj) et(θ — 5Oj) ainsi qu'un nouveau pôle (-50+Oj). Ce dernier pôle indique l'enclenchement à l'instant 0.6s d'une charge du premier ordre de constante de temps τ = — = 20 ms . 50
Selon le mode de réalisation préféré, on calcule la variation des résidus normalisés liés au régime forcé à l'instant 0.6s, fournis par la figure 3e :
Λ9ÎN3ca/c = (5.168 - 3.4970/)- (4.6022 + 7.3130 - 10 2/) = 0.56590 - 3.5701/
Selon le mode de réalisation préfère et à partir de cette information, on peut déduire le module de la charge ainsi que sa phase. A cet instant on est en présence d'une charge de module 63.62Ω et de phase 1.413 rd (80.9589°) . On en déduit le caractère inductif de cette charge. Or, la charge enclenchée est un circuit RL série de résistance i?3 =10Ω et d'inductance Z3 =0.2H. La valeur théorique du résidu normalisé correspondant est 9ÎN3 th = 0.56820 - 3.5701/ , elle est identique a celle issue de la méthode du Pencil.
Entre les instants 1.1s et 1.5s :
Entre ces deux instants, les figures 3d et 3e donnent quatre pôles, (0 + 50/) et (0-50/) relatifs à la fréquence fondamentale ainsi que (-30 + 22/) et (-30-22/) relatifs à la fréquence propre de la charge. A partir de ces pôles, on peut reconnaître la présence d'une charge du second ordre à l'instant 1.1s (apparition de deux pôles complexes conjugues) .
A cet instant, selon le mode de réalisation préféré, on calcule la variation des résidus normalisés liés au régime forcé : Λ9ÎN4cαfc = (5.5818 - 5.2337/)- (5.168 - 3.4970./) = 0.41370 - 1.7367./ Selon le mode de réalisation préfère et à partir de cette information, on peut calculer le module de la charge ainsi que sa phase. A cet instant on a une charge de module 128.83Ωet de phase 1.3369 rd (765987°) . On en déduit le caractère inductif de cette charge.
Or, la charge enclenchée est un circuit RLC série de résistance i?4 =30Ω, d'inductance I4 = 0.5H et de capacité C4-OAmF. Le résidu normalisé théorique correspondant est 9ÎN4 th =0.41598 -1.7367/' , il est identique à celui issu de la méthode du Pencil.
Entre les instants 1.5s et 1.8s :
La variation négative des valeurs singulières à l'instant 1.5s indique la mise hors tension d'une des quatre charges mises sous tension entre les instants Os et 1.5s d'une part. D'autre part, la variation des résidus normalisés du régime forcé est de AVlN5calc =-22953 -731-102J . Selon le mode de réalisation préféré, on en déduit la mise hors tension de la charge n° 2, qui s'était enclenchée à l'instant 0.2s.
Entre les instants 1.8s et 2s :
La variation négative des valeurs singulières à l'instant 1.8s indique la mise hors tension d'une des quatre charges mises sous tension entre les instants Os et 1.8s d'une part. D'autre part, la variation des résidus normalisés du régime forcé est de Δ%N6calc = -2.2977 +0j . Selon le mode de réalisation préféré, on en déduit la mise hors tension de la charge n° 1 qui s'est enclenchée à l'instant Os.
Ainsi, selon un aspect remarquable du procède objet de l'invention, on comprend que la discrimination de l'ensemble des pôles S1, des résidus R1 et des valeurs singulières SG1 est effectuée par lecture des valeurs correspondantes révélées par l'application de la méthode du Pencil.
En outre, dans le mode de mise en œuvre préfère du procédé objet de l'invention, dans lequel les pôles et les résidus sont établis selon leur définition normalisée, le suivi de mise en fonctionnement/hors fonctionnement de chaque charge électrique individuelle C1 peut, de manière particulièrement avantageuse, être mis en œuvre par simple calcul de la variation algébrique des résidus normalisés. En particulier l'apparition, enclenchement, d'une charge est révélée par l'apparition de la valeur algébrique du résidu R1 associe à cette charge et la disparition, déclenchement, de cette charge est révélée par l'apparition de la valeur algébrique opposée du résidu R1 associé à cette charge.
Un récapitulatif des caractéristiques des résidus, pôles et valeurs singulières, en définitive des signatures obtenues en fonction de caractéristiques électriques de charges électriques enclenchées respectivement déclenchées sur une installation sera maintenant donné ci-apres .
On considère une fenêtre d'observation, ou une succession de fenêtres d'observation, du signal de consommation incluant le régime libre et le commencement du régime forcé d'enclenchement/déclenchement d'une charge électrique .
De manière caractéristique :
1 ' enclenchement/déclenchement d'une charge purement résistive est signé par un régime forcé unique, par l'existence, pour la fenêtre d'observation considérée, de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime forcé.
En outre, les résidus présentent une phase nulle en régime forcé.
Le tableau designé Tableau charge résistive donne les valeurs des pôles et résidus normalises correspondants. Tableau charge résistive :
Figure imgf000039_0001
L'existence de deux valeurs pour les pôles et les résidus, ainsi que la phase nulle des résidus normalises liés au régime forcé permettent de déduire la nature résistive de la charge en cours d'analyse ; l'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive et capacitive est signe par un régime libre et un régime forcé distincts, l'existence pour la fenêtre d'observation de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime forcé et par un pôle réel et un résidu complexe dans le régime libre. La phase négative du résidu en régime force caractérise la nature globalement capacitive de la charge. Tableau charge RC :
Figure imgf000040_0001
La phase des résidus normalisés liés au régime permanent est négative. La comparaison de la valeur absolue de la phase avec le produit a.Cύ ou 1 ' inverse de ce produit permet de déduire l'existence d'une charge RC en série ou d'une charge RC en parallèle.
- 1 ' enclenchement /déclenchement d'une charge résistive et inductive est signé par un régime libre et un régime forcé distincts, par l'existence pour la fenêtre d'observation de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugues dans le régime forcé et par un pôle réel et un résidu complexe dans le régime libre. La phase positive du résidu caractérise la nature globalement inductive de la charge.
Tableau charge RL :
Figure imgf000040_0002
La phase des résidus normalisés liés au régime libre est positive .
La comparaison de la valeur absolue de la phase avec le produit Ot.Cû ou l'inverse de ce dernier permet de déduire l'existence d'une charge RL en série ou d'une charge RL en parallèle. l'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive, inductive et capacitive est signé par un régime forcé et un régime libre distincts et par l'existence, en régime forcé, de deux pôles complexes conjugues à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués et, en régime libre, de deux pôles complexes conjugués et deux résidus complexes conjugués. La phase négative du résidu en régime forcé caractérise la nature globalement capacitive de la charge et la phase positive du résidu en régime force caractérise la nature globalement inductive de la charge. Tableau charge RLC :
Figure imgf000041_0001
On rappelle que l'ensemble des valeurs de pôles et de résidus donné aux tableaux précédents est obtenu par l'application de la méthode du Pencil. En particulier, dans l'exemple des valeurs données, les valeurs numériques 50 affectées a la partie imaginaire des pôles correspond en fait à la valeur de la fréquence fondamentale de la tension d'alimentation de l'installation. Cette valeur est remplacée par la valeur 60 pour la mise en œuvre du procédé objet de l'invention dans les pays dans lesquels les reseaux d'alimentation en énergie électrique sont des réseaux alternatifs a la fréquence 60 Hz.
Une description plus détaillée d'un dispositif de détermination non intrusif de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4a et la figure 4b. Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 4a précitée, le dispositif objet de l'invention comprend des ressources d'échantillonnage périodique des valeurs de tension d'alimentation et de l'intensité du courant électrique délivrés à l'installation considérée, en vue d'obtenir un signal de consommation.
Sur la figure précitée, les ressources correspondantes sont réputées constituées par un circuit délivrant une image de la tension d'alimentation et un circuit délivrant une image de l'intensité du courant électrique délivrés à l'installation. Ces circuits peuvent avantageusement être constitues par tout circuit de prélèvement de tension respectivement de courant accompagnés d' échantillonneurs appropriés délivrant dans les conditions d'échantillonnage de Shannon une image de la tension respectivement de l' intensité du courant délivré. Ces circuits peuvent être suivis de convertisseurs analogiques et numériques a la fréquence ou période d'échantillonnage désignée Te . Ce type de circuit ne sera pas décrit en détail car il correspond à des circuits connus de l'homme de l'art dans le domaine technique correspondant.
Chaque circuit convertisseur analogique numérique CAN délivre avec un rythme correspondant à la période d'échantillonnage Te les échantillons de tension notes v(nTe) respectivement de courant i(nTe) , pour bien entendu n >0 , n désignant le rang de l'échantillon. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le dispositif objet de l'invention comporte une ressource de calcul 1 de la puissance instantanée délivrée, produit des valeurs échantillonnées des valeurs de tension d'alimentation et de l'intensité du courant électrique délivré. Ainsi, sur la figure 4a, la ressource de calcul
I reçoit les valeurs échantillonnées de courants ι\nTe) , et de tension v[nTe) et délivre une valeur produit de ces valeurs reçues, constitutive de la valeur de puissance instantanée délivrée notée p{nTe) .
Selon une autre caractéristique du procédé et du dispositif objets de l'invention, le signal de consommation est constitué par un au moins des échantillons d'intensité délivrée i\nTe) , de tension délivrée v(nTe) et de puissance instantanée délivrée p{nTe) à l'installation. Les composantes du signal de consommation précitées sont soumises a observation pour détermination des pôles, des résidus et des valeurs singulières grâce au dispositif objet de l'invention de la manière ci-après.
Le dispositif selon l'invention, représenté en figure 4a comporte dans ce but des ressources de mémorisation et de lecture des valeurs successives du signal de consommation sur au moins une fenêtre d'observation, les opérations de mémorisation et de lecture étant bien entendu exécutées sur plusieurs fenêtres d'observation successive.
II comporte par exemple, ainsi que représenté en figure 4a, des ressources de création de fenêtres d'observation sur les composantes d'intensité, de tension et de puissance précitées. Ces ressources sont notées 2i, 22, 23 sur cette figure. Elles peuvent consister de manière classique en des circuits d'adressage en écriture/lecture en mémoire des composantes précitées mémorisées pour une pluralité de valeurs successives de rang n compris entre [k -\)N et kN -1 , N désignant le nombre d'échantillons dans la fenêtre de rang k considérée, en liaison avec le figure l a .
Le dispositif objet de l'invention représenté en figure 4a comporte en outre des ressources 3 d'application, sur le signal de consommation et sur au moins une fenêtre d'observation courante, tel que défini précédemment, d'un traitement de filtrage par la méthode du Pencil, ceci dans le but de discriminer sur la fenêtre du signal de consommation l'ensemble des pôles et résidus représentatifs, avec les valeurs singulières, d'une combinaison de signatures de charges électriques distinctes en fonctionnement dans l'installation considérée .
À l'observation de la figure 4a, on constatera que les ressources 3 d'application du traitement de filtrage par la méthode du Pencil comportent avantageusement des modules séparés portant la référence 3i, 32, 33, chacun recevant les composantes d'intensité, de puissance respectivement de tension du signal de consommation précitée . Chaque module séparé 3i, 32, 33 peut être constitué par un calculateur dédié incorporant un programme de traitement approprié .
Chacun des modules précités délivre les pôles, les résidus et les valeurs singulières pour la composante d'intensité, de puissance instantanée, de tension du signal de consommation, ces valeurs étant respectivement désignées Sck,Rck,SGck pour la composante d'intensité,
SPk,Rpk,SGpk pour la composante de puissance instantanée,
Svk,Rvk,SGvk pour la composante de tension délivrée à l'installation. Les valeurs précitées ne sont autres, bien entendu, que les valeurs de pôles S1, de résidus R1 et de valeurs singulières SG1 précédemment mentionnées dans la description.
En outre, ainsi que représenté en figure 4a et 4b, le dispositif selon l'invention comprend des ressources 4 de suivi temporel de la combinaison de signatures et donc des charges électriques et de calcul sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante de rang k d'au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble de charges électriques en fonctionnement dans l'installation. La puissance calculée précitée est exprimée comme la somme des puissances, telles que la puissance active, consommée par chaque charge électrique distincte du sous-ensemble précité vérifiant une fonction de puissance consommée liant les pôles et les résidus. On comprend bien sûr que la fonction de puissance liant les pôles et les résidus, notamment pour la puissance active, vérifie la relation (4) précédemment mentionnés dans la description. On observera également sur la figure 4a que les ressources 4 de suivi temporel de la combinaison de signatures comportent également des modules séparés référencés 4lf 42, 43 opérant sur les pôles, résidus, valeurs singulières de la composante d'intensité, de puissance respectivement de tension délivrée à l'installation.
En particulier, le suivi temporel de la combinaison des signatures est exécute conformément au processus décrit en liaison avec les figures 2a à 2c, en particulier par détection de la variation algébrique des valeurs des résidus et des pôles correspondants par exemple.
En outre, les ressources 4 de suivi temporel sont maintenant décrites ci-après en détail en référence à la figure 4b .
En référence à la figure 4b précitée, les ressources 4 de suivi temporel comportent, en outre, au moins un module 44 de détection de changement d'état d'enclenchement/déclenchement de charge électrique, lequel reçoit les valeurs numériques représentatives de la combinaison de signatures délivrées par chaque module séparé A1, A2 et 43 est directement relié à un module 45 d'identification des charges électriques enclenchées et/ou déclenchées à partir des signatures de charges électriques précitées.
Le module 45 d'identification des charges électriques enclenchées et/ou déclenchées est lui-même relié à un module 46 de librairie de charges électriques identifiées en relation avec leurs signatures et à un module 47 d'identification des usages de consommation de l'utilisation abonné et de calcul de la consommation au moins en puissance active. Ainsi que représenté sur les figures 4a et 4b précitées, les modules 4i a 47 sont bien entendu synchronisés par un signal noté k , N sur la lecture de chaque fenêtre d'observation de rang k comportant, pour un nombre N d'échantillons, un nombre donné de valeurs de résidus, pôles, valeurs singulières délivrées par chaque module respectif 3i, 32, 33 relatif aux composantes d'intensité, de puissance instantanée respectivement de tension, ainsi que décrit précédemment dans la description. Chacun des modules précités opère pour l'exécution du suivi par lecture des valeurs de pôles, de résidus et de valeur singulière correspondante, ainsi que décrit précédemment dans la description, en liaison avec les figures 2c et 3b à 3g. On comprend, en particulier, que les modules de filtrage 3i, 32 et 33 peuvent être constitues par un programme d'ordinateur exécutable par un ordinateur ou par l'unité centrale de traitement d'un dispositif dédié permettant en fait l'application de la méthode du Pencil aux échantillons des composantes d'intensité du courant, de la puissance instantanée et de la tension d'alimentation délivrées à l'installation pour l'obtention des valeurs singulières, pôles et résidus relatifs aux composantes du signal de consommation précitées.
On comprend également que les modules de suivi temporel 4i, 42, 43 peuvent également être constitués par un programme d'ordinateur exécutable par un ordinateur ou par l'unité centrale de traitement d'un dispositif dédié permettant en fait l'application du processus de suivi temporel de l'enclenchement/déclenchement de charges électriques tel que représente aux figures 2c, 3b a 3g, ainsi que décrit précédemment dans la description. En ce qui concerne le module 46 de librairie, on indique que ce dernier permet la mise en correspondance biunivoque entre la valeur de signature ou de code de signature S? \ , la valeur des pôles, résidus et valeur singulière correspondante et en outre de toutes caractéristiques électriques et ou électromécaniques caractéristique de charges électriques normalement disponibles dans le commerce et permettant de déduire un suivi de consommation par charge électrique spécifique. Ce programme d'ordinateur comporte au moins une routine de calcul de la puissance active consommée par chaque charge électrique distincte vérifiant une fonction de puissance consommée liant les pôles et les résidus du signal de consommation, vérifiant la relation (4) précédemment décrite.
Dans un exemple de mise en œuvre non limitatif, la valeur du code allouée à la signature j5f d ' une charge électrique
C1 est une valeur unique obtenue par paramétrage d'un processus de signature, tel que le processus ou algorithme RSA (Rivest Shamir Adleman) par exemple, à partir des valeurs de résidus, pôles et valeur singulière correspondante . Le procédé et le dispositif objets de l'invention sont particulièrement adaptés à la mise en œuvre de processus de détection et de suivi des usages de consommation électrique de clients. Le module 47 d'identification des usages de consommation peut mettre en œuvre des techniques de détection et de suivi des usages de consommation basées sur des techniques statistiques connues de l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné, dans lequel on procède à un échantillonnage périodique des valeurs de tension d'alimentation et de l'intensité du courant électrique délivrés à cette installation pour obtenir un signal de consommation, caractérisé en ce que celui-ci consiste au moins, à partir des valeurs échantillonnées du signal de consommation, à :
- grouper lesdites valeurs échantillonnées sur des fenêtres temporelles d'observation successives ; - discriminer sur chaque fenêtre temporelle d'observation courante successives l'ensemble des pôles (S1) et des résidus (R1) du signal de consommation par la méthode du Pencil, ledit ensemble des pôles et résidus étant représentatif, sur la fenêtre d'observation courante, d'une combinaison de signatures de charges électriques (C1) distinctes incluant au moins des pôles (S1) et des résidus (R1) déterminés associées à au moins une valeur singulière (SG1) obtenue par la méthode du
Pencil en fonctionnement dans ladite installation ;
- calculer, sur au moins la durée de ladite fenêtre d'observation courante, au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble des charges électriques en fonctionnement dans l'installation, exprimée comme la somme des puissances actives consommées par chaque charge électrique distincte de ce sous-ensemble vérifiant une fonction de puissance consommée liant lesdits pôles et résidus.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour ladite puissance active, ladite fonction vérifie la relation :
Figure imgf000050_0001
où P : désigne la puissance active consommée par l'ensemble des charges électriques distinctes C1 de signature (S1, R1, SG1) ;
S01 et Ra : désignent les pôles respectivement les résidus du courant échantillonné délivré à l'installation ;
SV1, et RV1, : désignent les pôles respectivement les résidus de la tension échantillonnée délivrée à l'installation,
SGi désignant les valeurs singulières ; tω : désigne l'instant de début de la fenêtre d'observation de rang k;
At : désigne la durée de la fenêtre d'observation ; sinhc(x) : la fonction sinus hyperbolique du cardinal de la valeur X, soit +Sjf]/Usa +Sjf) ;
Figure imgf000050_0002
M : désigne le nombre de pôles et résidus du courant échantillonné délivré à l'installation ;
M' : désigne le nombre de pôles et résidus de la tension échantillonné délivrée à l'installation.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour une tension d'alimentation sensiblement périodique de pulsation ύ) et de période T, la durée At de chaque fenêtre d'observation courante est prise égale à ladite période.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage pour obtenir ledit signal de consommation et ladite durée At de chaque fenêtre d'observation sont liées par la relation :
Nc
At .fe=Nem ≥ 2. ∑nci +2{\ + H) dans laquelle
I=I
fe : désigne la fréquence d'échantillonnage ;
Nem : désigne le nombre minimum d'échantillons sur la durée de chaque fenêtre d'observation ;
Nc : désigne le nombre observé de charges électriques distinctes (C1) de l'installation d'abonné ; nci : désigne le nombre de pôles de la charge électrique [C1) ;
H : désigne le nombre de composantes harmoniques de la fréquence fondamentale de la tension d'alimentation .
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, suite à l'étape consistant à discriminer l'ensemble des pôles (S1) et des résidus (R1) du signal de consommation, celui-ci comporte en outre une étape de discrimination et d'acquisition des signatures formées par un couple de pôles (S1), résidus (R1) de chaque charge électrique distincte (C1) et des valeurs singulières (SG1).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, suite à l'acquisition desdites signatures (SnRnSG1) ledit procédé comprend une étape d'identification desdites charges électriques constitutives dudit sous- ensemble de charges électriques distinctes en fonctionnement sur au moins une fenêtre d'observation.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que, suite à l'acquisition desdites signatures (Si, Ri, SGi) , ledit procédé comprend une étape de suivi du fonctionnement/mise hors fonctionnement de chaque charge distincte, par discrimination de tout ou partie de la signature sur au moins une fenêtre d'observation.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour une fenêtre d'observation du signal de consommation incluant le régime libre et le commencement du régime forcé d'enclenchement/déclenchement d'une charge, l'enclenchement/déclenchement d'une charge purement résistive est signé par un régime forcé unique, par l'existence, pour la fenêtre d'observation, de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime force, et par la phase nulle des résidus en régime forcé ; - 1 'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive et capacitive est signé par un régime libre et un régime force distincts, l'existence, pour la fenêtre d'observation, de deux pôles complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime forcé et par un pôle réel et un résidu dans le régime libre, la phase négative du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement capacitive de la charge ; - 1 'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive et inductive est signé par un régime libre et un régime forcé distincts, par l'existence, pour la fenêtre d'observation, deux pôles, complexes conjugués à partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués dans le régime force et par un pôle réel et un résidu complexe, dans le régime libre, la phase positive du résidu caractérisant la nature globalement inductive de la charge.
9. Procède selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour une fenêtre d'observation du signal de consommation incluant le régime libre et le début du régime forcé d 'enclenchement/déclenchement d'une charge, l'enclenchement/déclenchement d'une charge résistive, inductive et capacitive est signé par un régime forcé et un régime libre distincts, par l'existence : en régime forcé, de deux pôles complexes conjugués a partie réelle nulle et de deux résidus complexes conjugués ; et, en régime libre, de deux pôles complexes conjugues et deux résidus complexes conjugues, la phase négative du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement capacitive de la charge et la phase positive du résidu en régime forcé caractérisant la nature globalement inductive de la charge.
10. Dispositif de détermination non intrusive de la puissance électrique consommée par une installation d'abonné, comportant au moins des moyens d'échantillonnage périodique des valeurs de tension d'alimentation et de l'intensité du courant électrique délivrés a cette installation pour obtenir un signal de consommation, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre au moins : des moyens de calcul de la puissance instantanée délivrée produit des valeurs échantillonnées des valeurs de tension d'alimentation et de l'intensité du courant électrique délivrés, ledit signal de consommation comportant l'une au moins des valeurs échantillonnées de la tension d'alimentation, de l'intensité du courant électrique délivrés ou de la puissance instantanée délivrée ; - des moyens de mémorisation et de lecture des valeurs successives du signal de consommation sur au moins une fenêtre d'observation ; des moyens d'application sur le signal de consommation, sur au moins une fenêtre d'observation courante, d'un traitement de filtrage par la méthode du Pencil, pour discriminer, sur ladite fenêtre, l'ensemble des pôles et résidus représentatifs d'une combinaison de signatures de charges électriques distinctes incluant au moins les pôles et les résidus associés a au moins une valeur singulière obtenue par la méthode du Pencil en fonctionnement dans l'installation ; - des moyens de suivi temporel de ladite combinaison de signatures et de calcul, sur au moins la durée de la fenêtre d'observation courante, d'au moins la puissance active consommée par au moins un sous-ensemble des charges électriques en fonctionnement dans l'installation, exprimée comme la somme des puissances actives consommées par chaque charge électrique distincte de ce sous-ensemble vérifiant une fonction de puissance consommée liant lesdits pôles et résidus.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de suivi temporel de ladite combinaison de signatures et de calcul d'au moins la puissance active consommée par au moins un sous- ensemble des charges électriques comprennent : - des modules séparés opérant sur les pôles, résidus, valeurs singulières de la composante d'intensité, de puissance respectivement de tension délivrée à l'installation ; - un module de détection de changement d'état d'enclenchement/déclenchement de charge électrique ; un module d'identification des charges électriques enclenchées et/ou déclenchées à partir des signatures de charges électriques ;
- un module de librairie de charges électriques identifiées en relation avec leur signature ; un module d'identification des usages de consommation de l'utilisation abonné et de calcul de la consommation, au moins en puissance active.
12. Programme d'ordinateur mémorise sur un support de mémorisation et exécutable par un ordinateur ou par l'unité centrale de traitement d'un dispositif dédié, ce programme comportant une suite d'instructions permettant l'application de la méthode du Pencil aux échantillons des composantes d'intensité du courant, de la puissance instantanée et de la tension d'alimentation délivrées à une installation.
13. Programme d'ordinateur mémorise sur un support de mémorisation et exécutable par un ordinateur ou par l'unité centrale de traitement d'un dispositif dédié, ce programme d'ordinateur comportant une suite d'instructions permettant l'application d'un processus de suivi temporel de l'enclenchement/déclenchement de charges électriques selon l'une des revendications 1 à 7.
14. Programme d'ordinateur selon la revendication 13, caractérise en ce que ledit programme d'ordinateur comporte au moins une routine de calcul de la puissance active consommée par chaque charge électrique distincte vérifiant une fonction de puissance consommée liant les pôles et les résidus du signal de consommation.
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