Le système de contrôle-commande de micro-réseau Ovation™ fonctionne comme une architecture de contrôle unifiée qui surveille en continu les conditions du système et coordonne les actions de contrôle entre les ressources énergétiques distribuées, les charges et les infrastructures électriques. S’appuyant sur la plate-forme de contrôle intégrée Ovation, le fonctionnement du micro-réseau repose sur trois éléments étroitement interconnectés : les fonctions de contrôle standard, qui assurent la visibilité et la stabilité essentielles du système ; la gestion intégrée de l’énergie, qui évalue les objectifs d’exploitation et les contraintes associées, et le contrôle électrique intégré, qui gère les flux de puissance et les transitions du système. Ensemble, ces éléments permettent au système de contrôle-commande de micro-réseau Ovation de s’adapter dynamiquement à l’évolution des conditions tout en maintenant un fonctionnement fiable du micro-réseau.
Fonctions de contrôle standard intégrées
Acquisition de données
Les modules d’E/S Ovation acquièrent les données toutes les secondes ou toutes les 100 millisecondes afin de répondre aux besoins des applications de contrôle ou de collecte d’informations. Les modules Ovation dédiés à l’enregistrement des séquences d’événements (SOE) offrent une résolution d’horodatage des événements de 1/8 de milliseconde. Le système de contrôle-commande recueille également des informations, généralement à des intervalles de 1 à 5 secondes, au moyen de protocoles de liaison de données tels que CEI 61850, Modbus, CEI 60870-5-104, OPC et DNP3.
Les données collectées peuvent être transmises via le réseau Ovation afin d’être exploitées par les stations de travail de l’opérateur, les pupitres de commande et les modules d’historisation du procédé.
Synoptiques de conduite
Chaque système Ovation est livré avec des interfaces graphiques spécifiques au projet, telles que des schémas unifilaires, qui affichent en temps réel l’état du micro-réseau. Les paramètres de contrôle saisis dans ces interfaces graphiques permettent de gérer automatiquement les processus du micro-réseau. Les principales valeurs analogiques, telles que les tensions des jeux de barres, la fréquence, les flux de puissance, les températures, l’état des onduleurs ainsi que les positions des interrupteurs et des disjoncteurs, sont également affichées.
Gestion des alarmes
Le système de contrôle-commande Ovation intègre un système intelligent de gestion des alarmes qui hiérarchise les alarmes du micro-réseau afin de faciliter l’identification rapide des problèmes et leur résolution.
Le système de gestion des alarmes Ovation permet à l’opérateur de se concentrer sur les situations importantes du micro-réseau qui s’écartent des conditions normales d’exploitation. Les conditions anormales, telles que les points hors plage (tension ou fréquence du jeu de barres électriques trop élevée ou trop faible), les changements d’état numériques (ouverture du disjoncteur de couplage au réseau ou fonctionnement d’un commutateur de transfert automatique) ainsi que les dépassements de temporisation, génèrent des alarmes sur les stations de travail de l’opérateur Ovation. Les alarmes affichées sur les stations de travail de l’opérateur sont également transmises à une imprimante d’alarmes et au module d’historisation des procédés Ovation, qui crée un enregistrement chronologique de toutes les alarmes de procédé ainsi que des actions ultérieures des opérateurs.
Archivage des données
Le module d’historisation des procédés Ovation assure le stockage de masse et la récupération des données de procédé, des alarmes, des enregistrements de séquences d’événements et des interventions des opérateurs dans le système Ovation. Les données acquises en continu par le système Ovation sont archivées dans le module d’historisation afin de pouvoir être consultées et analysées ultérieurement. La durée de conservation des données dans le module d’historisation des procédés n’est limitée que par la capacité de son espace disque, laquelle peut être augmentée au moyen de lecteurs de bandes ou d’un lecteur DVD.
Création de rapports
Le module d’historisation des procédés Ovation intègre un système de génération de rapports qui présente les données historisées pertinentes sous différents formats. Des modèles prédéfinis peuvent être utilisés pour les tâches de rapport courantes. Des fonctions de création de rapports personnalisés sont également disponibles pour répondre à des besoins d’analyse de données plus complexes. Les rapports peuvent être générés automatiquement sur une base horaire, par poste, quotidienne, mensuelle ou annuelle.
Gestion de l’énergie pour un contrôle coordonné des micro-réseaux
Protection contre les frais élevés liés à la demande de puissance du macro-réseau (réseau national)
Un micro-réseau peut disposer d’un raccordement au « point de couplage commun » avec le fournisseur d’électricité du réseau de distribution (ou le macro-réseau), ainsi que d’une structure tarifaire ou d’un contrat qui fixe la quantité maximale d’énergie (MWh) autorisée à être consommée pendant une période de demande données. Si cette limite est dépassée, le gestionnaire du micro-réseau peut se voir appliquer des frais de puissance plus élevés de façon permanente.
Étant donné que la demande de consommation est mesurée en énergie (MWh) et non en puissance (MW), le système Ovation prévoit la consommation d’énergie à la fin de la période concernée. Les écarts prévus sont estimés en mesurant le taux actuel de consommation de puissance et en extrapolant cette valeur jusqu’à la fin de la période de demande. Si la valeur prévue dépasse la limite maximale de demande, le système Ovation réduit automatiquement la charge ou augmente la production à partir des ressources de production ou du stockage d’énergie afin de limiter l’énergie consommée depuis le macro-réseau. Il génère également une alarme pour avertir l’opérateur afin qu’il prenne des mesures correctives.
Gestion des flux d’énergie et régulation de la tension au point de couplage commun
Les opérateurs du macro-réseau considèrent les micro-réseaux comme des ressources énergétiques distribuées dont le taux de consommation ou d’injection d’énergie, ainsi que son impact sur la tension du système, doivent être étroitement contrôlés. Bien que les opérateurs de micro-réseaux puissent vendre et fournir de l’énergie via le macro-réseau, ils peuvent également assurer un soutien essentiel de la tension, non seulement pour le micro-réseau lui-même, mais aussi pour le macro-réseau.
Le système Ovation gère les flux d’énergie et la régulation de la tension au « point de couplage commun » selon des consignes prédéfinies, qui sont systématiquement atteintes à l’aide de réponses rapides aux variations de la demande ou de la disponibilité des équipements. Les objectifs de contrôle des micro-réseaux consistent souvent à maximiser la production d’énergie à partir des ressources d’énergie renouvelable et à minimiser les coûts d’achat d’électricité. Lorsqu’un micro-réseau produit plus de puissance que celle demandée par ses charges internes, le système Ovation contrôle le flux d’énergie vers les ressources de stockage d’énergie, le macro-réseau, ou les deux, selon les paramètres définis par l’opérateur.
Dans les situations où un micro-réseau ne peut pas produire suffisamment de puissance pour répondre à ses charges internes, le système Ovation peut déconnecter (ou délester) les charges non essentielles afin de réduire au minimum le besoin de prélever de la puissance sur le macro-réseau, si cela présente un avantage économique. De même, le système Ovation délestera des charges du micro-réseau si un événement météorologique ou toute autre situation d’urgence perturbe le fonctionnement du macro-réseau au point d’empêcher le micro-réseau de prélever la puissance nécessaire. Il le fera en commençant par les charges les moins essentielles jusqu’aux plus essentielles, tout en préservant sa capacité à fonctionner de manière autonome et à auto-alimenter les charges les plus essentielles aussi longtemps que possible.
Optimisation de la production, du stockage et de l’achat d’énergie
Les micro-réseaux sont constitués d’un nombre quelconque de ressources de fourniture d’énergie, de stockage d’énergie et de charges ajustables (consommation d’énergie). Ils peuvent également acheter de l’énergie auprès de fournisseurs et de clients connectés au macro-réseau, ou leur vendre l’énergie. Les ressources énergétiques distribuées peuvent utiliser différents combustibles, chacun ayant des coûts et des impacts environnementaux différents.
Les objectifs de performance des micro-réseaux visent souvent à minimiser le coût de l’énergie, à réduire au minimum l’impact environnemental global, ou à combiner ces deux approches. Les applications avancées de production d’énergie Ovation intégrées d’Emerson utilisent une technologie d’optimisation de pointe pour aider les opérateurs de micro-réseaux à atteindre leurs objectifs de performance. Les applications déterminent les meilleures consignes de contrôle afin d’optimiser la gestion des ressources énergétiques distribuées.
Calculs de performance
Le Global Performance Advisor d’Emerson est disponible pour calculer les rendements de tous les turbogénérateurs à gaz et/ou à vapeur du micro-réseau. Cet outil permet aux opérateurs d’identifier les pertes maîtrisables, de suivre les performances des équipements par rapport aux spécifications de conception et de repérer rapidement les zones problématiques du procédé afin de réduire les coûts d’exploitation. Cette solution fournit un ensemble complet de calculs de performance pour les chaudières et les turbines (basés sur les codes d’essais de performance ASME) afin de s’adapter aux équipements spécifiques de l’usine.
Contrôle électrique pour un fonctionnement sécurisé des micro-réseaux
Contrôle des disjoncteurs et interface avec les appareils électroniques intelligents
La logique de contrôle des disjoncteurs intégrée au système Ovation permet à un opérateur d’émettre des commandes d’ouverture (OPEN) et de fermeture (CLOSE) à partir de schémas unifilaires affichés sur les stations de travail de l’opérateur. Avant qu’une opération ne soit exécutée, la logique vérifie que le disjoncteur est dans l’état approprié pour effectuer cette opération. Si une commande est envoyée et que l’indicateur d’état ne reflète pas le nouvel état (c’est-à-dire si le disjoncteur n’indique pas que l’opération a réussi) dans un délai défini, une alarme est générée.
Le système Ovation surveille en permanence la qualité de l’alimentation électrique du macro-réseau. Lorsqu’un problème affectant le macro-réseau est détecté, Ovation peut ouvrir le disjoncteur au point de couplage commun en moins de 50 microsecondes. Cette action isole immédiatement le micro-réseau, protégeant ainsi son fonctionnement et préservant sa capacité à continuer d’alimenter ses charges locales.
Ovation communique avec les appareils électroniques intelligents (AEI) à l’aide de plusieurs protocoles, notamment :
- Modbus sur liaison série RS-485
- Modbus sur TCP/IP
- DNP
- Profibus
- CEI 61850
- CEI 60870-5-104
Délestage de consommation
Le délestage de charge est une fonction essentielle du contrôle d’un micro-réseau. Les applications d’analyse de contingence et de délestage de charge du micro-réseau Ovation réagissent automatiquement aux perturbations électriques, telles qu’une perte du réseau ou la perte d’une source de production, afin de rétablir des conditions stables.
Si une source d’énergie, telle que le réseau, un générateur ou un disjoncteur d’interconnexion sur un jeu de barres de production, est perdue (situation de contingence), la charge correspondante initialement alimentée par cette source doit être immédiatement délestée. Cela garantit que les sources de production restantes ne sont pas surchargées et que les perturbations du micro-réseau sont réduites au minimum.
L’absence de réduction immédiate de la charge pour l’adapter à la production disponible entraîne une panne générale du micro-réseau.
L’application de délestage de charge de la plate-forme Ovation sélectionne les départs alimentant les charges à couper à partir d’une liste de départs disponibles. Les départs sont sélectionnés par ordre de priorité, des moins critiques aux plus critiques. La logique vérifie également que le disjoncteur de délestage est disponible (fermé et avec un flux de puissance en MW) pour un déclenchement automatique, et qu’il est connecté au jeu de barres importateur et non au jeu de barres exportateur.
La liste des disjoncteurs correspondant à chaque scénario possible de délestage est continuellement mise à jour et partagée avec les contrôleurs. Le système Ovation déleste automatiquement et instantanément les disjoncteurs sélectionnés lorsqu’une source d’énergie est perdue.
Les écrans graphiques Ovation permettent aux opérateurs du micro-réseau de visualiser facilement la liste des charges à délester en cas de contingence. À tout moment, l’opérateur peut ajuster la priorité d’une charge ou la retirer temporairement du système de délestage afin d’éviter son déclenchement lors d’une contingence. Naturellement, il convient d’éviter de retirer trop de charges du système de délestage, car cela pourrait provoquer une panne générale du micro-réseau.
La logique rapide de délestage de charge d’Ovation évite la surcharge des générateurs et le risque de panne générale. Les charges sont délestées lorsque le disjoncteur de la source d’alimentation est ouvert.
Un micro-réseau déconnecté du macro-réseau -fonctionne comme un îlot électrique indépendant, dont la fréquence doit être maintenue par ses propres sources de production. Si la charge du micro-réseau dépasse la production disponible, la fréquence de l’îlot diminue progressivement sous la valeur nominale de 60 Hz (50 Hz dans de nombreuses régions du monde).
Lorsque la fréquence de l’îlot descend sous un seuil minimal, la logique Ovation déleste suffisamment de charges à faible priorité pour ramener la fréquence à sa valeur nominale. La baisse de fréquence se produit généralement sur une période relativement longue ; on parle donc couramment de « délestage lent ».
Un délestage lent peut également être nécessaire lorsque les transformateurs des lignes d’interconnexion avec le réseau approchent d’une condition de surcharge.
Équilibrage production/consommation (contrôle fréquence/tension)
Les techniques de contrôle permettant d’équilibrer l’offre et la demande d’alimentation au sein du micro-réseau varient en fonction des types d’équipements de production d’électricité, de stockage et de consommation présents dans ses limites, de son raccordement ou non au macro-réseau, ainsi que du fait que les charges du micro-réseau fonctionnent en courant alternatif (C.A.), en courant continu (C.C.) ou selon une combinaison des deux.
Les systèmes raccordés au macro-réseau garantissent en permanence la disponibilité d’une puissance suffisante pour alimenter les charges du micro-réseau. Dans ce cas, Ovation contrôle la production, le stockage et l’utilisation de l’énergie et de la puissance au sein du micro-réseau, en s’appuyant sur l’énergie et la puissance fournies par le macro-réseau dans les limites définies par les objectifs du micro-réseau. Cela inclut la gestion de la puissance réactive dans les cas où l’exploitant du macro-réseau facture la consommation ou l’injection de puissance réactive au-delà de certaines limites autorisées.
Les micro-réseaux fonctionnant en mode îloté assurent l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité en ajustant les consignes des générateurs, des onduleurs, des transformateurs et des éléments de charge pilotables, tels que les thermostats. En mode îloté, les charges ne sont délestées que lorsque cela est nécessaire pour maintenir la fréquence, la tension et le facteur de puissance du micro-réseau aux valeurs souhaitées.
Dans le cas particulier des micro-réseaux en courant alternatif (C.A.) ou hybrides comportant des générateurs tournants, le contrôle de la fréquence est utilisé pour équilibrer la production et la consommation d’alimentation active. La tension est régulée au moyen de divers éléments de puissance réactive, tels que le réglage de l'excitation des alternateurs, les changeurs de prises en charge (OLTC) des transformateurs et les batteries de condensateurs.
Pour les micro-réseaux ne comportant pas de générateurs tournants (C.A., C.C. ou hybrides), les mesures de tension et de facteur de puissance (ou de puissance réactive) effectuées dans l’ensemble du micro-réseau sont maintenues dans les plages souhaitées en ajustant les points de consigne des onduleurs, des transformateurs et des éléments de charge contrôlables. Le délestage de charges est également utilisé dans ce scénario en dernier recours.
Dans tous les cas, le contrôle des micro-réseaux Ovation garantit un fonctionnement aussi fiable, économique et respectueux de l’environnement que possible.
Synchronisation
La synchronisation consiste à mesurer et à contrôler les tensions, les fréquences et les angles de phase des systèmes situés de part et d’autre d’un disjoncteur. La synchronisation garantit que les écarts entre ces paramètres restent dans les limites spécifiées avant la fermeture du disjoncteur. Le non-respect de ces conditions peut entraîner une défaillance catastrophique des équipements des deux systèmes. Il s’agit d’une fonction essentielle lors du raccordement d’un micro-réseau en mode îlot au macro-réseau afin d’échanger de l’énergie.
De même, avant d’ouvrir les disjoncteurs, le courant et le flux de puissance qui les traversent doivent être inférieurs aux limites définies.
Le système de contrôle de micro-réseau Ovation intègre des vérifications matérielles et logicielles de synchronisation, ainsi qu’une interface d’auto-synchronisation permettant de synchroniser le micro-réseau avec le macro-réseau.
Articles connexes & Ressources
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