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1
APPAREIL DE COMMUTATION, SYSTEME DE CONTROLE ET MÉTHODE
POUR VARIER L'IMPÉDANCE D'UNE LIGNE DE PHASE
s DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention vise un appareil, un système de contrôle et une méthode
pour varier l'impédance d'une ligne de phase d'un tronçon d'une ligne de
transport d'énergie électrique. La ligne de phase comprend n conducteurs
isolés
électriquement and court-circuités ensemble aux deux extrémités du tronçon.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR :
Connu dans l'art, il existe le brevet américain No. US 6,396,172 délivré le 28
mai
2002. Ce brevet décrit un appareil de commutation conçu pour être utilisé avec
un tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique ayant plus lignes de
phase. Chacune de ces lignes de phase a plusieurs conducteurs isolés
électriquement les uns des autres, et sont connectés en parallèle. Les
conducteurs de chaque ligne de phase sont court-circuités ensemble aux deux
extrémités du tronçon. L'appareil comprend des paires d'interrupteurs
connectés
en parallèle afin d'ouvrir et fermer de façon sélective les conducteurs de
chaque
ligne de phase, des moyens de détection pour détecter les conditions
d'opération
courantes du tronçon et des moyens de contrôle pour contrôler les paires
d'interrupteurs selon les conditions d'opération courantes du tronçon.
Le brevet américain No. US 6,486,569 B2, délivré le 26 novembre 2002, décrit
une méthode pour gérer l'écoulement de puissance dans un réseau d'énergie
électrique. La méthode comprend une étape de fournir des unités de
commutation montées sur des pylônes, les unités comportant des parties isolées
des lignes de transport d'énergie électrique afin de commuter le courant d'au
moins un conducteur d'une pluralité de conducteurs de phase qui sont isolés
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, 2
électriquement les uns des autres. La commutation des conducteurs permet un
changement de l'impédance qui module l'écoulement de la puissance dans le
conducteur. La méthode comprend également une étape de gérer l'écoulement
de la puissance dans les tronçons des lignes de transport d'énergie électrique
en
changeant l'impédance en série de la ligne, par le contrôle des unités de
commutation.
La demande de brevet CA 2,441,241 décrit une méthode pour augmenter la
capacité de transit des lignes à haute tension, particulièrement utiles dans
les
in régions sujettes aux tempêtes de glace.
Le document intitulé Modules de commutation pour l'extraction/injection de
puissance (sans mise à la terre ou phase de référence) d'une ligne haute
tension en faisceaux 1, par Pierre Couture, inventeur de la présente
invention,
décrit des dispositifs de systèmes de transmission de courant alternatif
flexible
(FACTS) pour les lignes haute tension avec conducteurs en faisceaux. Les
dispositifs FACTS sont installés sur des modules de commutation montés sur
des parties isolées des pylônes de transmission, à proximité des conducteurs
de
ligne. Les modules de commutation incluent des interrupteurs électromécaniques
et électroniques, et peuvent être associés à d'autres composants passifs. Les
modules de commutation permettent la connexion et la déconnexion d'un ou
plusieurs sous-conducteurs d'un faisceau de phase d'une ligne de transport
d'énergie à plusieurs tronçons. L'écoulement de puissance est géré sur un
tronçon de ligne en changeant l'impédance en série sur ledit tronçon, grâce à
un module de commutation. La gestion de l'écoulement de puissance se fait
grâce à des modules de commutation en série répartis sur les lignes de
transmission du réseau. Ce document décrit des modules de commutation qui
communiquent les uns avec les autres entre les différents tronçons de ligne
par
courant porteur sur ligne d'énergie, ou entre les phases de chaque pylône par
radiofréquences à courte portée (RF), ou encore par des liaisons infrarouges.
1 IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 19, N . 3, Juillet 2004.
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3
Le brevet américain No. 7,235,900 B1 (COUTURE), délivré le 26 juin 2007,
décrit
un appareil de commutation et une méthode pour varier l'impédance d'une ligne
de phase d'un tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique, la ligne
de
indépendamment contrôlables. L'appareil inclut également un dispositif de
détection afin de détecter les conditions d'opération courantes de la ligne de
phase, et un dispositif de contrôle pour contrôler chaque paire
d'interrupteurs
selon les conditions d'opération courante.
La demande PCT/CA2008/001185 (COUTURE), publiée sous le numéro
W0/2008/154749, décrit un appareil et une méthode pour surveiller la ligne de
phase d'une portion d'une ligne de transmission d'énergie électrique.
L'appareil
comprend un dispositif de surveillance d'un paramètre d'une ligne de phase. Le
paramètre est représentatif des conditions d'opération courantes de la ligne
de
phase et a une vitesse de propagation connue. L'appareil comprend également
un dispositif pour générer un signal de détection chaque fois qu'un paramètre
a
dépassé un seuil donné. L'appareil permet également de conserver en mémoire
l'heure de réception à laquelle le signal de détection a été généré.
L'appareil
comprend également un dispositif pour transmettre un signal représentatif
d'une
Le brevet US 7,939,460 (COUTURE) décrit un appareil de commutation qui
inclue un interrupteur à vide connecté en série avec un des conducteurs d'une
,
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. 4
ligne de phase d'une ligne d'énergie. Un moteur contrôlable permet l'ouverture
et
la fermeture sélectives de l'interrupteur à vide. Un détecteur permet la
détection
d'un paramètre représentatif des conditions d'opération courantes de la ligne
de
phase; et un contrôleur permet de contrôler le moteur contrôlable selon le
paramètre détecté par le détecteur.
Le document intitulé Écoulement de puissance et contrôle de stabilité
utilisant
un modulateur intégré d'impédance de ligne haute tension à faisceaux
contrôlée 2, par Pierre Couture, inventeur de la présente invention, décrit
un
modulateur intégré d'impédance à faisceaux contrôlée pour la gestion de
l'écoulement de puissance selon des conditions stables ou dynamiques.
Le document intitulé Ligne électrique intelligente et concepts photoniques
dégivrants pour l'amélioration de la fiabilité et de la capacité des lignes de
transmission 3 introduit le concept de ligne électrique intelligente et
explique
comment les lignes électriques intelligentes peuvent traiter trois besoins
importants : le dégivrage des lignes, la modulation de l'impédance des lignes
et
la surveillance des lignes.
Le brevet US 6,0180,152 (ALLA1RE) et la demande US 2009/0250449
(PETRONKO) décrivent également d'autres méthodes et dispositifs pour dégivrer
les conducteurs des lignes de transport d'énergie.
Le document intitulé Méthode et test pour dégivrer quatre conducteurs en
faisceaux par déphasage avant du courant de fonctionnement dans différentes
combinaisons de sous-conducteurs 4 par Zhang Zhijin, explique comment le
2
P. Couture, J. Brochu, G. Sybille, P. Giroux, A.O. Barry, Écoulement de
puissance et contrôle de stabilité
utilisant un modulateur intégré d'impédance de ligne haute tension à faisceaux
contrôlée , IEEE Trans. On
Power Delivery, Vol.25, N . 4, pp., Octobre 2004.
3 Couture P., <Ligne électrique intelligente et concepts photoniques
dégivrants pour l'amélioration de la fiabilité et de la
capacité des lignes de transmission , Cold Regions science and Technology,
Volime 65, Issue 1, Janvier 2011
4 Zhang Zhijin, Bi Moaqiang, Jiang Xingliang, Huang Haizhou, Hu Juanlin, Sun
Ciaxin, Méthode et test pour
dégivrer quatre conducteurs en faisceaux par déphasage avant du courant de
fonctionnement dans différentes
combinaisons de sous-conducteurs , 14th Internatiional Workshop of
Atmospheric lcing structures, Chongqing, Chie, 8-
13 mai 2011
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dégivrage des conducteurs en faisceaux a été vérifié et testé par le déphasage
avant du courant de fonctionnement, dans différentes combinaisons de sous-
conducteurs.
5 Le document intitulé Nouvelle approche de dégivrage des conducteurs en
faisceaux des systèmes de transmission extra haute tension 5, par Chang
Guanghui, décrit une méthode pour dégivrer les lignes d'énergie en
reconfigurant
les conducteurs en faisceaux des connexions parallèles en connexion en série,
de façon à augmenter l'écoulement de puissance à travers les conducteurs.
Le document intitulé Systèmes de distribution flexible diffusée (FACTS) ¨ Un
nouveau concept pour réaliser une grille de contrôle du débit de puissance 6
par
Deepack Divan, introduit le concept d'appareils de systèmes de distribution
flexible diffusée (FACTS) pour réaliser le contrôle de l'écoulement de
puissance.
L'impédance en série distribuée, et le compensateur statique en série
distribué
sont attachés sur une ligne de transport d'énergie existante pour changer
l'impédance de la ligne afin de pouvoir contrôler l'écoulement de puissance.
Une ligne de transport d'énergie intelligente est une ligne de transport
d'énergie
en faisceaux conventionnelle avec des appareils de commutation et des
systèmes de surveillance des lignes, permettant d'accomplir la surveillance
des
lignes, le dégivrage et le contrôle de l'écoulement de puissance de la ligne.
Par
exemple, une ligne de transport d'énergie intelligente peut être une ligne de
735
kV, formée par plusieurs tronçons de sous-conducteurs de ligne de phase
isolés,
de 30km chacun, et sur lesquels des modules de commutation montés dos-à-dos
sont accrochés, généralement tous les 60km sur des tours d'extrémité, qui sont
également appelées des pylônes d'ancrage. Un pylône d'ancrage comprenant
des appareils de commutation intelligents et des systèmes de protection
5 Chang Guanghui, Su Sheng, Li Mingming et Chao Daifeng, Nouvel approche de
dégivrage des conducteurs en
faisceaux sur débit des systèmes de transmission extra haute tension , IEEE
Transactions on Power Delivery, vol 24, N
3, pp., Juillet 2009
Deepak Divan, Harjeet Johal, Systèmes de distribution flexible diffusée
(FACTS) ¨ Un nouveau concept pour
réaliser une grille de contrôle du débit de puissance , IEEE, 2005.
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embarqués à chaque phase est en général identifié comme une mini sous-
station. Une mini sous-station peut également inclure plusieurs pylônes
d'ancrage comprenant des appareils de commutation intelligents, les pylônes
étant situés à proximité les uns des autres.
Une ligne de transport d'énergie intelligente de 735kV comprend en général des
mini sous-stations tous les 60km, et des sous-stations tous les 300km environ,
le
long de la ligne. Une sous-station comprend différents dispositifs tels que
des
disjoncteurs, des sectionneurs, des transformateurs, des appareils de mesures
et
1.0 autres appareils similaires.
Une ligne de transport d'énergie intelligente inclut également en général au
moins un câble de garde, tel qu'un câble de garde à fibres optiques par
exemple.
Un câble de garde à fibres optiques a la double fonction de 1) protéger la
ligne
de transport d'énergie électrique contre les éclairs grâce à des câbles
métalliques entourant les fibres optiques, et 2) permettre la transmission de
données par les fibres. L'information transmise peut inclure la protection et
le
contrôle des données de la ligne de transport d'énergie ou de la grille, ou
des
données vocales. Les fibres optiques localisées dans le câble de garde sont
finalement connectées aux sous-stations de la ligne, puis à une salle de
contrôle
à distance du réseau de transmission. Un lien de communication basse
fréquence, du type courant porteur sur ligne d'énergie , peut être utilisé
afin
de limiter la redondance de la communication.
En se référant aux fig. 1 et 2, une mini sous-station 10 est identifiée. Dans
le cas
illustré, la mini sous-station10 inclut un pylône d'ancrage 12 comprenant des
appareils de commutation intelligents 14 et des systèmes de protection
intégrés
16 situés sur chaque phase. Chaque ligne de phase A, B, C, comprend une paire
d'appareils de commutation 14, montés dos-à-dos. Les paires d'appareils de
commutation 14 sont situées sur le même pylône 12, chaque appareil 14 étant à
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un potentiel différent, ce potentiel étant celui de la ligne de phase A, B, C,
à
laquelle l'appareil est relié.
Les appareils de commutation 14 communiquent entre eux par des dispositifs de
communication radiofréquences (RF), situés à l'intérieur des modules de
commutation. Ces dispositifs sans fil permettent aux appareils 14 de
communiquer entre eux, même s'ils opèrent à différent voltage. Une connexion
des modules avec un câble galvanique n'est pas possible, précisément parce
que les modules ont tous un voltage différent.
1.0
Un convertisseur de signaux RF en signaux optiques et inversement situé près
des câbles de terre 18 est utilisé pour convertir les signaux RF des modules
en
signaux optiques, de façon à permettre la transmission des données entre les
appareils de commutation 14 et les fibres optiques des câbles de terre 18. Les
dispositifs RF combinés aux convertisseurs de signaux RF en signaux optiques
forment un système de communication. Ce système de communication peut
aussi être utilisé pour que les appareils 14 et les autres appareils de
commutation d'une deuxième et troisième ligne de transmission puissent
communiquer dans le même couloir, à proximité du pylône d'ancrage 12, ou avec
les appareils des tours appartenant à la même mini sous-station. De plus, les
émetteurs-récepteurs des appareils de commutation peuvent aussi être utilisés
pour communiquer avec les capteurs situés le long des tronçons de ligne
associés.
Les méthodes et dispositifs décrits dans les références ci-dessus et le
système
montré dans les fig. 1 et 2 permettent de varier l'impédance des conducteurs
des
lignes d'énergie, avec comme objectif de surveiller la ligne, contrôler
l'écoulement d'énergie à l'intérieur de la ligne, ou encore de dégivrer les
conducteurs.
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Le demandeur est d'avis qu'il est encore possible d'améliorer la fiabilité des
appareils de commutation, des systèmes de contrôle et des méthodes pour
varier l'impédance d'une ligne de phase par rapport aux appareils, systèmes et
méthodes connus dans l'art antérieur.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Un des objectifs de la présente invention est de fournir un appareil et une
méthode offrant des solutions aux besoins mentionnés ci-dessus.
La présente invention comprend un appareil de commutation pour varier
l'impédance de la ligne de phase d'un tronçon d'une première ligne de
transport
d'énergie électrique. La ligne de phase inclut n conducteurs, isolés
électriquement les uns des autres et court-circuités ensemble aux deux
extrémités du tronçon. L'appareil comprend :
- au moins un dispositif de commutation contrôlable pour faire la
connexion
avec au moins un des conducteurs; et
- un contrôleur pour effectuer le contrôle d'au moins un dispositif de
commutation contrôlable, le contrôleur ayant au moins un port optique
pour recevoir les premiers signaux optiques sur lesquels ledit contrôle est
basé, et pour envoyer des seconds signaux optiques à des appareils de
commutations adjacents; les seconds signaux optiques incluant des
informations sur le statut dudit appareil de commutation, sur lequel un
contrôle des appareils de commutation adjacents est basé.
L'invention concerne également un système pour varier l'impédance d'une ligne
de transport d'énergie électrique, la ligne en question ayant plusieurs
tronçons
connectés en série, chaque tronçon ayant au moins une ligne de phase, chaque
ligne de phase incluant n conducteurs électriquement isolés les uns des autres
et
court-circuités ensemble aux deux extrémités du tronçon. Le système comprend
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plusieurs appareils de commutation, chaque appareil étant associé avec un des
tronçons. Chaque appareil comprend :
- un dispositif de commutation contrôlable ayant une connexion avec au
moins un des conducteurs dudit tronçon;
- un contrôleur pour effectuer un contrôle d'au moins un dispositif de
commutation contrôlable, le contrôleur ayant au moins un port optique :
0 pour recevoir des premiers signaux optiques des appareils de
commutations adjacents connectés aux tronçons qui sont adjacents
audit tronçon; et
0 pour envoyer des seconds signaux optiques aux appareils de
commutation adjacents.
Le contrôleur calcule les valeurs basées sur lesdits premiers signaux optiques
reçus. Les seconds signaux optiques incluent lesdites valeurs sur lesquelles
un
contrôle des dispositifs de commutation contrôlables des appareils de
commutation adjacents est basé.
La présente invention comprend également une méthode pour varier l'impédance
d'une ligne de phase d'un tronçon d'une première ligne de transport d'énergie
électrique, la ligne de phase incluant n conducteurs isolés électriquement les
uns
des autres et court-circuités ensemble aux deux extrémités du tronçon; la
méthode comprend les étapes suivantes :
a) recevoir des premiers signaux optiques sur un appareil de commutation
associé avec le tronçon, l'appareil de commutation incluant un dispositif
de commutation contrôlable connecté à au moins un des conducteurs;
b) effectuer un contrôle du dispositif de commutation basé sur lesdits
premiers signaux optiques; et
c) envoyer des seconds signaux optiques de l'appareil de commutation vers
les appareils de commutations adjacents, lesdits seconds signaux
optiques incluant des informations sur le statut dudit appareil de
commutation sur lequel un contrôle des appareils de commutation
adjacents est basé.
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Une méthode pour varier l'impédance d'une ligne de transport d'énergie
électrique est également fournie; la ligne de transport d'énergie électrique
ayant
plusieurs tronçons connectés en série, chaque tronçon ayant au moins une ligne
5 de phase, chaque ligne de phase incluant n conducteurs électriquement isolés
les uns des autres et court-circuités ensemble aux deux extrémités du tronçon.
La méthode comprend les étapes suivantes :
a) recevoir des premiers signaux optiques sur des appareils de commutation
associés avec les tronçons, chaque appareil de commutation incluant un
1.0 dispositif de commutation contrôlable avec au moins un des
conducteurs;
b) calculer des valeurs basées sur lesdits premiers signaux optiques sur l'un
desdits appareils de commutation; et
c) envoyer des seconds signaux optiques dudit appareil de commutation
vers les appareils de commutation adjacents, lesdits seconds signaux
optiques incluant lesdites valeurs sur lesquelles un contrôle des appareils
de commutation adjacents est basé.
L'invention sera mieux comprise après lecture de la description exhaustive
d'un
mode de réalisation préféré de la présente invention, ainsi que des dessins ci-
joints auxquels on se réfère.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 représente une vue en perspective d'un pylône d'ancrage comprenant
des modules de commutation dos-à-dos, selon l'art antérieur.
La figure 2 est une vue agrandie de la partie supérieure de la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique d'un appareil de commutation selon un
mode de réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
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La figure 4 est une vue schématique du système avec deux appareils de
commutation selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dans son
environnement.
La figure 5 est une vue schématique d'un système selon un mode de réalisation
préféré, dans son environnement.
La figure 6 est une vue schématique du système dos-à-dos, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 7 est une vue de coté de deux appareils de commutation dos-à-dos,
selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 8 est une vue schématique du système, selon un mode de réalisation
préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 9 est une vue en perspective d'un système de commutation dos-à-dos,
selon un mode de réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 10 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 11 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 12 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 13 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
,
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12
La figure 14 est une vue élargie d'une partie du système montré sur la figure
13.
La figure 15 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 16 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 17 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 18 est une vue schématique d'un système, selon un mode de
réalisation préféré de l'invention, dans son environnement.
La figure 19A est une vue schématique de certains éléments d'un appareil de
commutation et d'un routeur, selon un mode de réalisation préféré de la
présente
invention.
La figure 19B est une vue schématique d'un contrôleur d'un appareil de
commutation, selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 20 est un diagramme fonctionnel montrant les étapes de la méthode,
selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 21 est un diagramme fonctionnel montrant les étapes d'une autre
méthode, selon un mode de réalisation de l'invention.
,
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,
13
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES FIGURES
Bien que le système de communication décrit dans la section Description de
l'art antérieur permette l'échange d'informations entre les appareils de
commutation ayant différents potentiels, un tel système présente plusieurs
inconvénients.
Premièrement, il est fortement recommandé que les appareils de commutation
puissent effectuer localement une partie des fonctions généralement prise en
charge par le système de contrôle centralisé à distance. Afin de réussir à
contrôler en temps réel le réseau, il serait plus efficace qu'une partie du
contrôle
des mini sous-stations et du réseau électrique soit effectué localement par
les
appareils de commutation, plutôt que d'avoir à attendre des instructions d'un
système de contrôle à distance.
Deuxièmement, il est connu que la quantité de calculs nécessaires à la
surveillance, à la gestion et au contrôle des réseaux électriques à haute
tension,
est considérable. Il serait donc très avantageux d'utiliser la puissance de
traitement de données des appareils de commutation pour effectuer au moins
une partie de ces calculs.
Les systèmes de communication normalement utilisés dans les appareils de
commutation ne permettent pas une répartition du contrôle, de la surveillance
ou
encore des fonctions informatiques et protectrices parmi plusieurs modules de
commutation. La possibilité de transmettre une partie des fonctions de
contrôle et
des fonctions informatiques directement aux appareils de commutation n'était
pas considérée, principalement parce que les signaux de radiofréquences
jusqu'à présent utilisés sont affectés par les perturbations
électromagnétiques,
telles que les tempêtes solaires, et également parce qu'ils sont sujets à des
intrusions malintentionnées. Pour des raisons évidentes, les réseaux
électriques
doivent être extrêmement fiables, et une partie du contrôle, de la
surveillance et
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des fonctions protectrices ne peuvent être transmise d'un système de contrôle
centralisé à des appareils de commutation si celle-ci risque d'être affectée
par
des perturbations électromagnétiques ou par des intrusions non-autorisées ou
si
la capacité de calcul est inadéquate. Des modules de commutation existants ne
possèdent habituellement pas assez de puissance de calcul pour permettre une
bonne distribution du contrôle et de la protection du réseau, et la bande
radiofréquence est trop petite pour pouvoir transmettre des données
volumineuses. De plus, le GPS, tout comme les signaux radiofréquences, peut
être affecté par des tempêtes solaires et des intrusions non-autorisées. Des
appareils de commutation existants dépendent des GPS à des fins de
synchronisation, et donc, ils peuvent être affectés par un mauvais
fonctionnement du GPS.
Afin de transférer une partie du contrôle du réseau électrique du système de
contrôle à distance aux appareils de commutation, les communications entre des
appareils voisins doivent être aussi robustes que possible, spécialement
durant
les tempêtes solaires ou les tempêtes de glace, et en cas de très mauvais
temps.
Dans la description suivante, nous avons donné des références numériques
similaires aux caractéristiques similaires des différentes figures. De façon à
garder une certaine clarté, il est possible que certains éléments n'aient pas
été
identifiés dans quelques figures s'ils ont déjà été identifiés dans des
figures
précédentes.
La figure 3 représente un tronçon 20 d'une ligne de transport d'énergie
électrique
21 ayant trois phases A, B et C. Chaque ligne de phase 22 inclut quatre
conducteurs qui sont électriquement isolés les uns des autres, et court-
circuités
aux deux extrémités du tronçon 20. Un tronçon 20 correspond typiquement à une
section de la ligne d'énergie. Dans un réseau à 735kV, les tronçons sont en
général espacés de 30km, et les mini sous-stations sont espacées de 60km.
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Un appareil de commutation 26, parfois appelé module de commutation, est lié à
un des conducteurs 24 de la ligne de phase A. L'appareil de commutation 26
fait
varier l'impédance de la ligne de phase A. Il inclut un dispositif de
commutation
contrôlable 28 connecté au conducteur 24, et un contrôleur 30 pour effectuer
un
5 contrôle du dispositif de commutation 28. Le dispositif de commutation 28
permet
de modifier l'écoulement de puissance dans le conducteur, 24 à des fins de
dégivrage. Le dispositif de commutation contrôlable 28 peut être n'importe
quel
dispositif permettant de modifier l'écoulement du courant avec un conducteur,
et
inclut au moins un des éléments suivants : un interrupteur mécanique, un
10 interrupteur électromécanique, un interrupteur à vide, un interrupteur
électronique, ou n'importe quelle combinaison de ces éléments.
Tandis que la ligne de transport d'énergie électrique 21 représentée est une
ligne
triphasée A, B, C, l'appareil de commutation 26 de la présente invention peut
15 également être utilisé une ligne de courant direct à haute tension. Il
est
également utile de mentionner que chaque ligne de phase 22 peut inclure une
quantité différente de conducteurs 24, variant généralement entre 1 et 12.
Tandis
que l'appareil de commutation 26 représenté est connecté seulement à un des
24 conducteurs, l'appareil de commutation est préférablement connecté à
chacun des conducteurs 24 de la ligne de phase 22, tel que montré dans
l'exemple de la figure 1. Bien-sûr, dans ce cas, le module de commutation
inclurait un dispositif de commutation contrôlable 28 pour chaque conducteur.
Toujours à la figure 3, le contrôleur 30 a au moins un port optique 32. Le
contrôleur 30 est de préférence un processeur, incluant un CPU et une mémoire,
et est directement accessible le port optique. Tandis qu'il est préférable
d'inclure
un port optique 32 directement sur le processeur, il est également possible
d'utiliser un processeur avec des interconnexions électriques, et d'utiliser
une
interface électrique-optique pour recevoir et envoyer des signaux de/au
processeur.
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Le port optique 32 permet une transmission bidirectionnelle de données, pour
recevoir des premiers signaux optiques, et pour transmettre des seconds
signaux
optiques. Les premiers signaux optiques reçus incluent l'information sur
laquelle
le contrôle du dispositif de commutation 28 est basé. Ce contrôle peut être,
par
exemple, de laisser le dispositif de commutation dans l'état où il se trouve,
de
l'ouvrir ou de le fermer. Les seconds signaux optiques incluent des
informations
sur le statut de l'appareil de commutation 26, statut sur lequel un contrôle
des
appareils de commutation adjacents peut être basé.
L'expression appareils de commutation adjacents , ne comprend pas
seulement les appareils de commutation qui sont directement connectés les uns
aux autres, mais également des appareils qui sont à proximité les uns des
autres. Il est à noter qu'à l'échelle d'un réseau d'énergie électrique, un
appareil
de commutation peut se situer à plusieurs kilomètres d'un autre appareil de
commutation adjacent.
Utiliser un port optique 32 sur le contrôleur permet d'avoir un accès direct
au
processeur, sans être affecté par les interférences électromagnétiques, ce qui
autrement, empêcherait le fonctionnement adéquat d'un appareil de l'art
antérieur équipé d'un dispositif de communication infrarouge ou
radiofréquence.
Le port optique 32 permet également d'augmenter la vitesse à laquelle les
données transitent d'un appareil à l'autre.
Un appareil de commutation qui inclut un contrôleur, lui-même pourvu d'au
moins
un port optique, permet avantageusement de relier deux appareils de
commutation par une fibre optique, même s'ils sont à des potentiels
différents.
Les connections de l'appareil de commutation par fibres optiques sont
également
résistantes face au bruit électromagnétique, ainsi qu'aux intrusions non-
autorisées dans le système.
,
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' 17
La figure 4 montre un autre tronçon 34 de la ligne de transport d'énergie
électrique 21. Les deux lignes de phase A et B sont chacune constituées de 4
conducteurs 24, et chaque ligne de phase 22 comprend un appareil de
commutation 26 comme décrit ci-dessus. Le premier appareil de commutation
26a peut varier l'impédance de la ligne de phase A, tandis que le second
appareil
de commutation 26b peut varier l'impédance de la ligne de phase B. Les
appareils de commutation 26a et 26b, incluent respectivement des dispositifs
de
commutation contrôlables 28a, 28b et des contrôleurs 30a, 30b. Un port optique
32a du premier appareil de commutation 26a est connecté au port optique 32b
du second appareil de commutation 26b par la première fibre optique 36. Cette
configuration permet avantageusement aux deux appareils de commutation 26a,
26b d'échanger des signaux optiques les uns avec les autres. Bien-sûr, lors de
l'utilisation, au moins un, et préférablement les deux appareils de
commutation
26a et 26b sont connectés à un système de contrôle extérieur, et à des
appareils
de commutation adjacents.
La figure 5 représente un système similaire à celui décrit sur la figure 4, à
la
seule différence que les premier et second appareils de commutation 26a et 26b
communiquent l'un avec l'autre par un routeur 38. Les ports optiques 32a, 32b
des appareils de commutation 26a, 26b sont connectés au routeur 38
respectivement par les première et seconde fibres optiques, 40 et 42. Bien que
cela ne soit pas montré, le routeur 38 se connecte à d'autres appareils de
commutation, puis au système de contrôle à distance, qui peut être situé dans
une sous-station standard ou une station centralisée à distance. Le routeur 38
peut comprendre des ports optiques ou comprendre une boîte de jonction de
fibres optiques. Le routeur peut inclure des circuits optiques ou électro-
optiques.
La figure 6 représente un système dos-à-dos 44. Le système dos-à-dos 44 inclut
deux appareils de commutation 260, 262, chacun étant similaire à celui
représenté sur la figure 3; les deux appareils 260, 262 étant représentés dos-
à-
dos. Chaque appareil, 260 et 262, est situé sur les premier et second tronçons
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18
200, 202, de la même ligne de phase 22, soit la ligne de phase A dans le cas
présent. Bien que cela ne soit pas représenté, un pylône d'ancrage permet
généralement de connecter les premier et second tronçons 200, 202 de la même
façon que cela est représenté sur la figure 1. Sur la figure 6, le second
appareil
262 est situé à l'extrémité du second tronçon 202, directement adjacent à
l'extrémité du premier tronçon 200, où le premier appareil 260 est situé. Les
ports
optiques 320, 322 des premier et second appareils de commutation 260, 262
sont connectés les uns aux autres avec une fibre optique 360. Bien que cela ne
soit pas représenté, lors de l'utilisation, au moins un des deux appareils
260, 262
est connecté à un système de communication externe. En présumant que le
tronçon 200 ou 202 fait environ 30km, cette configuration permet de placer
avantageusement les appareils dos-à-dos 260, 262 seulement tous les 60km,
facilitant ainsi l'installation et les opérations d'entretien des systèmes 44.
Les figures 7 et 8 représentent les appareils dos-à-dos 260, 262 sans les
plaques protectrices, de façon à mettre en évidence les composantes situées à
l'intérieur des appareils. Dans cette .invention, les appareils de commutation
dos-
à-dos 260, 262 partagent la même plaque d'entrée 46, sans avoir à utiliser les
mêmes tiges de raccordement entre les appareils. A l'extrémité externe du
premier appareil de commutation 260, il y a 4 conducteurs 48, chacun ayant une
connexion avec un des conducteurs de la ligne de phase. Chaque conducteur 48
de l'appareil de commutation est relié à un dispositif de commutation
contrôlable
280, dans ce cas, un interrupteur à vide 50 situé dans un premier compartiment
52. Chaque interrupteur à vide 50 est connecté en retour à un moteur
contrôlable
54, situé dans un second compartiment 56, afin d'ouvrir et fermer
l'interrupteur
50. Dans un troisième compartiment 58, un contrôleur 300 est relié au
dispositif
de commutation contrôlable 280. Le second appareil de commutation 262 a la
même configuration que le premier appareil de commutation 260, et inclut un
dispositif de commutation contrôlable 282. Les deux contrôleurs 300, 302,
composés dans le cas présent de quatre processeurs 60 montés sur un seul et
unique substrat, sont pourvus de deux ports optiques 320, 322. Un premier port
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= 19
optique 320 du premier appareil de commutation 260 se connecte au premier
port optique 320 du second appareil de commutation 262 par la première fibre
360.
Chaque contrôleur 300, 302 comprend un second port 322 qui se connecte à un
dispositif ou un système externe des appareils de commutation 260, 262. Une
seconde fibre optique 362 se connecte au second port 322 du premier appareil
de commutation 260, et une troisième fibre optique 364 se connecte au second
port 322 du second appareil de commutation 262. Dans le cas présent, les
deuxième et troisième fibres optiques 362, 364 sortent du système de
commutation double 44 par la même chaîne isolante 62. Cependant, afin
d'augmenter la fiabilité du système 44, il est possible que les deuxième et
troisième fibres 362, 364 sortent par des chaînes isolantes différentes. De
cette
façon, la fiabilité du système 44 pourrait être augmentée puisque les fibres
362,
364 utilisent des voies différentes. Il faut également noter que dans d'autres
configurations des systèmes dos-à-dos 44, les deux appareils de commutation
260, 262 peuvent partager un seul et unique contrôleur.
Sur les figures 7 et 19A, le contrôleur des appareils de commutation est
connecté
de préférence à au moins un détecteur, tel qu'un détecteur de courant, un
détecteur de tension ou un détecteur de position. La baie de puissance et de
contrôle 108 peut également inclure un émetteur-récepteur radiofréquence. Les
paramètres détectés par un détecteur 64 et l'extensomètre situé le long du
tronçon à travers l'émetteur-récepteur de radiofréquences peuvent être envoyés
au contrôleur pour les paramètres du réseau informatique.
La baie de puissance et de contrôle 108 inclut également les modules d'énergie
66. Dans le cas d'un système dos-à-dos 44, les modules d'énergie 66 des
appareils 260, 262 sont de préférence connectés ensemble avec un câble
électrique. Cette configuration augmente la redondance du bloc d'alimentation
des appareils 260, 262, ce qui est possible dans une configuration dos-à-dos
puisque les deux modules sont au même potentiel.
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Pour revenir à la figure 7, les contrôleurs 300, 302 incluent chacun trois
processeurs 60 opérant en parallèle et connectés les uns aux autres. Les
calculs informatiques sont réalisés simultanément et en parallèle à
l'intérieur de
5 chaque processeur 60, et les processeurs 60 comparent les résultats entre
eux.
Si l'une des valeurs calculée par un processeur 60 est différente des valeurs
calculées par les deux autres processeurs 60, le processeur 60 ayant fourni la
valeur erronée, est écarté, de façon à s'assurer que les calculs du contrôleur
30
sont toujours fiables. Pour ce faire, chaque processeur 60 a les moyens de
10 comparer trois valeurs d'un paramètre donné, et les moyens d'écarter celui
donnant ladite valeur incohérente avec les deux autres valeurs.
La figure 19B représente un contrôleur 30 comprenant un processeur de garde
68. Ce processeur de "garde 68 est connecté à chacun des trois autres
15 processeurs mentionnés précédemment, et est activé ou utilisé quand une des
trois valeurs est mise de côté, en remplacement du processeur 60 qui a calculé
la valeur erronée. Le contrôleur 30 peut en outre inclure au moins un
processeur
additionnel 70 pour effectuer des calculs spécifiques de paramètres de la
ligne
de transport de courant électrique. Bien-sûr, les processeurs 60, 68, 70 sont
20 préférablement tous liés entre eux. Les connexions entre les processeurs
ne sont
pas représentées pour préserver la lisibilité de la figure 19B.
Dans les figures 8 et 9, le système dos-à-dos 44 est représenté en combinaison
avec un router 38. Une première fibre 360 est connectée à un premier port
optique 320 du premier appareil 260 avec un premier port optique 320 du second
appareil 262. Les deuxième et troisième fibres optiques 362, 364 connectent
les
seconds ports 322 des premier et deuxième appareils de commutation 260, 262
au routeur 38, aux deuxième et troisième fibres 362, 364 en passant par un fil
isolant. Le système dos-à-dos 44 permet une connexion à deux tronçons
adjacents 200, 202 d'une phase A.
,
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, 21
La figure 9 représente les deuxième et troisième fibres 362, 364 d'un second
système dos-à-dos (n'apparaissant pas sur la figure 9). En période
d'utilisation,
les trois phases A, B, C sont connectées aux systèmes dos-à-dos 44, comme
cela sera décrit plus en détails à la figure 11. Il est à noter que dans
d'autres
réalisations de l'invention, le router 38 peut être intégré à l'intérieur du
contrôleur.
Dans ce cas, les fonctions du routeur sont effectuées par le contrôleur, et le
contrôleur inclut plus de ports optiques afin d'être directement connecté avec
d'autres contrôleurs assumant également des fonctions de routeurs, ou avec
d'autres routeurs, ou encore avec une fibre optique passant dans le câble de
garde.
Tel que montré sur les figures 11 et 12, le routeur 38 permet de connecter les
contrôleurs 300a, 302a de la paire d'appareils de commutation dos-à-dos 260a,
262a accrochée à la phase A aux deux autres systèmes dos-à-dos 260b, 262b,
260c, 262c connectés aux lignes B et C, mais également à la principale fibre
optique 72, qui est, pour finir, connectée au prochain routeur de la ligne de
transport d'énergie, ou à une station de contrôle à distance ( non-
représentée).
Des connexions similaires sont faites sur les appareils de commutation dos-à-
dos des phases B et C. Un routeur ou une boîte de jonction de fibres optiques
est utilisée afin de connecter les six fibres optiques des processeurs des six
modules de commutation des trois phases A B C aux autres routeurs de la même
mini sous-station des autres lignes de transmission dans le même couloir. Cela
leur permet également de se connecter aux autres routeurs des autres mini
sous-stations de la ligne de transmission et au centre de contrôle du système
avec l'aide du câble de garde à fibre optique ou à d'autres fibres optiques,
de
façon sécuritaire et fiable, avec redondance. Le routeur peut être fait de
circuits
optiques, ou de circuits électro-optiques. Un routeur peut comprendre des
ports
optiques, ou il peut être une boîte de jonction de fibres optiques. Le routeur
peut
inclure des circuits optiques ou des circuits électro-optiques. De façon plus
spécifique, chacun des appareils 260, 262 comprend des premier et second
ports optiques 320, 322. Pour chaque paire des premier et second appareils
260,
,
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. 22
262, le premier port optique 320 du premier appareil 260 est connecté au
premier
port optique 320 du second appareil 262 par la première fibre optique 360; et
les
seconds ports optiques 322 des premier et second appareils 260, 262 sont
connectés au routeur 38 par les seconde et troisième fibres optiques 362, 364.
Comme on peut l'apprécier, les contrôleurs des six appareils de commutation
260a, 260b, 260c et 262a, 262b, 262e sont capables d'envoyer et de recevoir
lesdits premier et second signaux optiques par le routeur 38. Avec cette
configuration, le contrôleur d'un appareil de commutation est toujours pourvu
de
deux connexions, fournissant au système une fiabilité et une redondance
accrues.
Toujours sur les figures 11 et 12, la principale fibre optique 72 est une
liaison
optique relayée du routeur 38 vers le routeur suivant, qui est en général
situé
dans le câble de garde (non-représenté) passant le long des premier et second
tronçons 200, 202. Le câble optique principal 72 est, pour terminer, connecté
à
un système de contrôle à distance (non-représenté), qui surveille et contrôle
l'opération du réseau électrique à haute tension. Bien-sûr, la principale
fibre
optique n'est pas nécessairement située dans le câble de garde.
Sur la figure 12, chacun des contrôleurs 300a, 300b, 300e, 302a, 302b, 302e,
est
pourvu de bus d'entrée et de sortie 74, en plus des ports optiques 320, 322,
afin
de recevoir et d'envoyer les informations de/vers d'autres types de
dispositifs
(non-représentés), tels que des capteurs, des actionneurs de commutation et
des
émetteurs-récepteurs de radiofréquences, par exemple. De tels dispositifs sont
situés à l'intérieur des appareils de commutation afin de fournir des
informations
à l'appareil par rapport au courant, au voltage ou à la charge de glace du
conducteur. Dans cette configuration de système, les deuxième et troisième
fibres optiques 362, 364 passent à travers la même chaîne isolante 62.
Cependant, afin d'augmenter la redondance, il peut être préférable que ces
fibres
passent à travers différentes chaînes isolantes.
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23
La figure 10, quant à elle, représente un système continu. Dans cette
configuration, les appareils de commutation 26a, 26b et 26c ne sont pas
configurés en dos-à-dos. Pour l'appareil 26a, le premier port optique 324 est
connecté à un port optique de l'appareil de commutation 26c grâce à une fibre
optique 370, et son second port optique 326 est connecté au port optique de
l'appareil de commutation 26b. Les mêmes types de connexions sont faîtes pour
les appareils 26b et 26c. Dans ce système continu, les contrôleurs 30 des
trois
appareils de commutation sont capables de communiquer les uns avec les
autres par les fibres optiques 370. Bien-sûr, en cours d'utilisation, au moins
un
des appareils de commutation 26a, 26b ou 26c est connecté à un dispositif
externe, pour communiquer avec d'autres appareils de commutation des pylônes
adjacents, et avec le système de contrôle à distance. Ce système continu
assure
également la fiabilité et la redondance requises pour transmettre directement
aux
appareils de commutation une partie du contrôle, des calculs et des fonctions
de
surveillance, permettant ainsi un contrôle local plutôt qu'à distance.
La figure 13 représente un système continu pour varier l'impédance des
différents tronçons 200, 202 d'une ligne de transport d'énergie électrique 21.
Les
tronçons illustrés représentent des tronçons de la partie médiane d'une ligne
de
transport d'énergie électrique, appariés en premier et second tronçon 200, 202
et
sur lesquels des appareils de commutation dos-à-dos 260, 262 sont accrochés à
la jonction des premier et second tronçons 200, 202. Bien-sûr, une tour pylône
est requise à la jonction des tronçons 200 et 202, mais n'est pas représentée
afin
de ne pas alourdir la figure. Un routeur 38 est connecté à chacun des
appareils
de commutation des systèmes dos-à-dos 44, avec la même configuration que les
systèmes illustrés sur les figures 11 et 12. Les routeurs 38 sont connectés en
série avec des fibres optiques 74 routeur-à-routeur, courant le long des
tronçons
200, 202.
Les connexions du système dos-à-dos 44 avec les premier et second tronçons
200, 202 sont mieux représentées sur la figure 14. Sur le premier tronçon 200,
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= 24
chacun des quatre conducteurs 24 est connecté à un dispositif de commutation
contrôlable 280 situé à l'intérieur de l'appareil de commutation 260. Les
dispositifs de commutation contrôlables 280 sont également connectés au
contrôleur 300. Les mêmes connexions sont faîtes sur le second tronçon 202.
Les deux contrôleurs 300, 302 sont connectés ensemble par une première fibre
optique 360. Chaque contrôleur 300, 302 est aussi connecté au routeur 38.
Trois
autres paires de fibres optiques sont en partie représentées, deux des paires
étant là pour assurer la connexion avec les systèmes dos-à-dos des deux autres
lignes de phase, et la troisième paire assurant la connexion avec les routeurs
des tronçons adjacents.
La figure 15 représente cinq routeurs 38, chacun faisant partie d'une mini
sous-
station 104, les trois routeurs du milieu étant respectivement associés avec
des
paires de premier et second tronçons, (les tronçons ne sont pas représentés
afin
d'alléger la figure), et les deux routeurs extérieurs 38 sont associés à des
tronçons extérieurs de la partie de la ligne de transport d'énergie électrique
s'étendant entre les deux sous-stations. Sur ces 10 ports, trois paires de
ports
(ici représentées non-connectés) assurent la connexion avec les trois
appareils
de commutation dos-à-dos 260, 262, accrochés sur chaque ligne de phase 22,
tel que montré sur la figure 11. Les deux autres ports assurent la connexion
avec
les routeurs adjacents 38 des tronçons ou de l'une des sous-stations 78, par
des
fibres routeur-à-routeur 76. Finalement, les deux derniers ports assurent la
connexion avec les seconds routeurs adjacents, sur la ligne de transmission ou
sur les sous-stations, par deux fibres optiques routeur-à-routeur 76. Les deux
routeurs 38 à l'extrémité de la ligne comportent seulement neuf ports,
puisqu'ils
sont directement adjacents au poste électrique. Une des sous-stations78 est
connectée au système de contrôle à distance 80. Comme on peut l'apprécier, de
telles configurations améliorent, au final, la fiabilité et la redondance du
système
continu. Par exemple, si le système au complet situé dans un pylône d'ancrage
venait à faire défaut, (un système composé de trois appareils de commutation
et
. de routeur), les systèmes restants de la ligne électrique peuvent
continuer à
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fonctionner normalement, et la communication avec les sous-stations ou le
système de contrôle à distance ne sont pas affectés par une telle défaillance.
Les figures 16 et 17 représentent un système passerelle incluant les premier
et
5 second appareils de commutation 2600, 2602. La figure 16 représente un type
de mini sous-station 104, incluant les routeurs et appareils de commutation
des
deux lignes électriques 21, 23, tandis que la figure 17 représente cinq mini
sous-
stations 104 (une seule étant identifiée par des lignes en pointillé). Un
système
passerelle consiste à installer une passerelle entre deux appareils de
10 commutation 2600, 2602, chacun situé sur une ligne de transport d'énergie
indépendante, parallèle et adjacente 21, 23. Tel que connu dans l'art
antérieur, il
n'est pas inhabituel d'avoir deux lignes électriques distinctes passant dans
un
même couloir, dans des réseaux à haute tension. Les premier et second
appareils 2600, 2602 sont donc, respectivement, ceux qui vont varier
15 l'impédance des tronçons localisés sur deux lignes de transport d'énergie
électriques distinctes 21, 23. Les premier et second routeurs 380, 382 sont
respectivement connectés aux premier et second appareils de commutation
2600, 2602 par les fibres optiques 362, 364, et une autre fibre optique 76
connecte ensemble les premier et second routeurs 380, 382. Sur la figure 16,
on
20 voit mieux comment le routeur 380, associé avec la première ligne de
transport
d'énergie électrique 21, agit en tant que routeur maître, et est ensuite
connecté à
la principale fibre optique 72, permettant ainsi la connexion du routeur 380
au
système de contrôle à distance 80 (montré sur la figure 17), le routeur 382
associé à la seconde ligne d'énergie 23 étant un routeur esclave. En d'autres
25 termes, chaque router 380, 382 est utilisé pour connecter les fibres
optiques des
processeurs des six modules de commutation des trois phases A, B, C aux
autres routeurs de la même mini sous-station de l'autre ligne de transmission
dans le même couloir. Chaque router peut aussi être connecté aux autres
routeurs des autres mini sous-stations de la même ligne de transmission et au
centre de contrôle du système par l'intermédiaire du câble de garde à fibre
optique ou par l'intermédiaire de d'autres fibres optiques de façon
redondante,
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26
sûre et fiable. Dans le système passerelle illustré sur les figures 16 et 17,
seule
une des lignes de transport d'énergie 21 a une liaison optique principale
passant
le long. Cette principale liaison optique 72 est relayée d'un routeur 38 à
l'autre.
La figure 18 représente un système passerelle ayant deux fibres optiques
principales 72, une sur chaque ligne électrique 21, 23. Sur cette réalisation
de
système passerelle, les appareils des deux lignes d'énergie sont connectés,
par
les routeurs 38, aux principales fibres optiques 72. Cependant, la
configuration
augmente, par la suite, le nombre de voies de communication, et augmente donc
lo ainsi la redondance et la fiabilité du système entier, et ce, même si
une grande
partie de l'une des lignes d'énergie électrique venait à faire défaut, les
appareils
de commutation restants seraient toujours en fonctionnement et resteraient
connectés à la station de contrôle à distance.
La figure 19A représente le bloc d'alimentation et le système de contrôle de
l'appareil de commutation. La connexion de ce système avec les dispositifs de
commutation contrôlables 28 (un pour chaque conducteur de la ligne de phase),
les capteurs 64 et un routeur 38 sont également représentés. Les symboles
fonctionnels représentent les éléments qui sont préférablement inclus dans le
système. La baie de contrôle et de puissance 108 comprend un contrôleur 30 et
des modules de bloc d'alimentation 66. Les modules d'alimentation 66 incluent
un transducteur fournisseur d'énergie capacitif 82, un bloc d'alimentation
capacitif 84, un bloc d'alimentation inductif 86, une boîte condensateur 88,
une
boîte de répartition de puissance 90. Le contrôleur inclut au moins deux ports
optiques 32, un pour la connexion à l'autre appareil du système dos-à-dos
(représenté non-connecté), et un pour la connexion au router 38. La baie de
contrôle et de puissance 108 inclut également un module GPS 98, une boîte
noire 100, un dispositif émetteur-récepteur PLC 102, et un dispositif émetteur-
récepteur de radiofréquences 106 pour communiquer avec les capteurs situés le
long des tronçons.
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27
Le routeur 38 inclut une ligne d'énergie 92, un module de routage 94, et un
module de multiplexage par répartition en longueur d'ondes. Le module de
multiplexage par répartition en longueur d'ondes sert à multiplexer les
seconds
signaux optiques reçus des trois appareils de commutation sur une autre fibre
optique. Bien-sûr, le module de multiplexage par répartition en longueur
d'ondes
est optionnel et il peut être suffisant d'utiliser différentes bandes, ou
couleurs du
spectre de lumière pour transmettre les signaux optiques par-dessus les
fibres.
Le router 38 inclut une source d'énergie 92 qui alimente le router lui-même,
la
source d'énergie étant une source d'énergie solaire. Sinon, un coupleur
capacitif
peut être aussi utilisé comme source d'énergie. Comme décrit précédemment,
dans d'autres variantes du système, il est aussi possible d'inclure le routeur
à
l'intérieur des appareils de commutation, dans un compartiment additionnel, ou
par un processeur supplémentaire.
La figure 19B représente un mode de réalisation préféré du contrôleur 30. Le
contrôleur 30 inclut préférablement six processeurs 60, 68, 70. Les trois
processeurs 60 opèrent en parallèle et sont connectés les uns aux autres.
Chaque processeur 60 inclut des moyens de comparer trois valeurs selon un
paramètre donné, chaque valeur ayant été calculée par un des processeurs.
Chaque processeur 60 comprend également des moyens pour écarter une des
valeurs lorsque ladite valeur est incohérente avec les deux autres. Les trois
processeurs 60 sont utilisés pour calculer différentes valeurs d'un réseau
électrique et pour contrôler les dispositifs de commutation contrôlables. Les
processeurs 60 effectuent les calculs simultanément, afin de s'assurer que la
valeur résultante soit fiable. Quand l'une des trois valeurs diffèrent des
deux
autres, cette situation indique que l'un des processeurs est défaillant, et le
processeur est écarté.
Le contrôleur 30 inclut également un processeur de garde 68, le processeur de
garde 68 étant relié à chacun des trois processeurs 60, et étant activé quand
une
des trois valeurs est écartée, en remplacement du processeur qui a calculé
ladite
CA 02839658 2013-12-16
= 28
valeur erronée. En d'autres termes, ce quatrième processeur 68, gardé en
réserve, peut être activé afin de remplacer un processeur défaillant.
Finalement, des cinquième et sixième processeurs 70, qui sont des processeurs
additionnels, peuvent être utilisés pour effectuer des calculs spécifiques du
réseau.
Bien-sûr, le nombre de processeurs additionnels 70 peut varier. Les
processeurs
60, 68, 70 sont chacun pourvus de bus d'entrée/sortie galvaniques 74, en plus
de
lo ports optiques 32. Les bus électrique d'entrée/sortie 74 permettent des
connexions à d'autres types de dispositifs, tels que des capteurs et des
récepteurs, pour rassembler l'information sur la situation des conducteurs, et
donc des lignes de phase.
Sur la figure 20, l'on voit que l'invention fournit aussi une méthode pour
varier
=
l'impédance d'une ligne de phase d'un tronçon d'une ligne de transport
d'énergie
électrique. La ligne de phase inclut n conducteurs électriquement isolés les
uns
des autres et court-circuités ensemble aux deux extrémités du tronçon. La
méthode inclut les étapes 5, 7, et 9 comme suit :
a) recevoir des premiers signaux optiques sur un appareil de commutation
associé avec le tronçon, l'appareil de commutation incluant un dispositif
de commutation contrôlable connecté avec au moins un des conducteurs;
b) effectuer un contrôle du dispositif de commutation, basé sur les premiers
signaux optiques, et
c) envoyer des seconds signaux optiques de l'appareil de commutation à des
appareils de commutation adjacents, les seconds signaux optiques
incluant des informations sur le statut de l'un des appareils de
commutation, sur lequel un contrôle des appareils de commutation
adjacent est basé.
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29
Selon cette méthode, les premiers signaux optiques d'un appareil de
commutation sont reçus sur le port optique de l'appareil de commutation. Ces
premiers signaux optiques incluent des instructions pour contrôler le
dispositif de
commutation de l'appareil de commutation. Les signaux optiques peuvent être
transmis par le système de contrôle à distance, ou des appareils de
commutation
adjacents. L'appareil peut en retour envoyer des seconds signaux optiques aux
appareils de commutation adjacents, incluant des informations de statut des
appareils de commutation. Les appareils de commutation adjacents peuvent
donc contrôler leurs dispositifs de commutation respectifs basés sur ces
seconds
signaux optiques.
Sur la figure 21, l'on voit que l'invention fournit également une méthode pour
varier l'impédance d'une ligne de transport d'énergie électrique. La méthode
inclut les étapes 11, 13, 15 comme suit :
a) recevoir les premiers signaux optiques sur des appareils de commutation
associés aux tronçons, chaque appareil de commutation incluant un
dispositif de commutation contrôlable connecté avec au moins un des
conducteurs;
b) calculer les valeurs basées sur les premiers signaux optiques sur "un des
appareils de commutation; et
c) envoyer les seconds signaux optiques de l'appareil de commutation en
question aux appareils de commutation adjacents, les seconds signaux
optiques incluant les calculs de l'étape b), sur laquelle un contrôle des
appareils de commutation adjacents est basé.
Cette méthode permet d'effectuer des calculs de répartition par rapport aux
paramètres du réseau électrique parmi les contrôleurs des appareils de
commutation d'une ligne électrique. Dans ce cas, un contrôleur reçoit les
premiers signaux optiques des appareils de commutation adjacents, et calcule
les valeurs basées sur les premiers signaux optiques reçus. Les premiers
signaux optiques peuvent inclure, par exemple, des informations sur le statut
des
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appareils de commutation adjacents. Les valeurs calculées seraient donc basées
sur les informations de statut des appareils de commutation adjacents, et
seraient reliées aux paramètres du réseau électrique, tels que des calculs de
phase par exemple. Le contrôleur peut envoyer des seconds signaux optiques
par son port optique, incluant les valeurs calculées. Les valeurs peuvent être
renvoyées au système de contrôle à distance, ou aux appareils de commutation
adjacents, afin que le dispositif de commutation puisse prendre le contrôle,
si
nécessaire. Bien-sûr, les premiers signaux optiques peuvent inclure d'autres
informations, provenant du système de contrôle à distance, ou des autres
appareils de commutation qui ne sont pas nécessairement adjacents à l'appareil
de commutation. Les signaux optiques peuvent également inclure des
informations provenant d'autres lignes de transport d'énergie électriques du
réseau, permettant de vraiment répartir les calculs entres les différents
appareils
de commutation du réseau.
En résumé, un système de transmission intelligent est formé d'un ensemble de
lignes de transmission conventionnelles intelligentes composées de
commutateurs embarqués sur les lignes de phases de tronçons pour lesquelles
nous connectons optiquement (avec un lien optique) le contrôle ou les
processeurs de calculs des modules de commutation aux trois phases A, B et C
entre elles, avec celles localisées le long de la ligne de transmission et
avec le
centre de contrôle du système de transmission,.
Ce système de transmission intelligent permet la répartition des fonctions de
contrôle et de protection du système le long des lignes de transmission,
l'augmentation de la puissance de calcul dans le système de transmission, la
réduction du temps de communication, l'augmentation de la redondance des
processeurs de contrôle et de calcul, l'augmentation de la redondance dans les
systèmes de mesure, l'augmentation de la redondance dans les systèmes de
communication, l'augmentation de la résistance du système face aux
perturbations électromagnétiques, l'augmentation de la résistance du système
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face à des intrusions non-désirées, la simple augmentation de la redondance du
GPS, l'augmentation de la résistance du système face à des perturbations
pouvant affecter le GPS, la simple augmentation de la redondance des
émetteurs-récepteurs pour communiquer avec les capteurs situés le long du
tronçon en utilisant les programmes appropriés.
Pour les couloirs de lignes de transmission avec plus d'une ligne par couloir
(ex:
deux ou trois lignes), nous pouvons connecter optiquement les autres modules
de commutation en connectant via des fibres optique les routeurs situés sur
les
pylône d'ancrage de la deuxième et troisième ligne dans l'environnement
immédiat de la même mini sous-station avec ceux provenant de la ligne
principale avec le câble de garde en fibre optique ou autres. Si les autres
lignes
dans le même couloir possèdent leur propre câble de garde en fibre optique,
alors, la liaison optique entre les routeurs de la même mini sous-station
accroît la
redondance du système de communication.
Comme on pourra l'apprécier, la présente invention permet de résoudre au
moins un des problèmes expliqués précédemment, en obtenant un système de
transmission distribuée où le contrôle et les calculs de base nécessaires au
système de contrôle peuvent être exécutés au niveau des modules de
commutation répartis sur les phases le long de la ligne, et les résultats
après un
premier traitement des données avec le programme approprié sont partagés
entre les modules de commutation et le système de contrôle. Ceci réduit la
quantité d'information qui doit être partagée, et réduit le temps de
communication
tandis que l'on a une réponse rapide, fiable et sûre. Le contrôle et la
répartition
des calculs peuvent être faits grâce à l'utilisation des fibres optiques, qui
sont
sûres, fiables, moins susceptibles d'être falsifiées, et parce qu'elles ont
une
bande passante plus large que celle des radiofréquences.
La présente invention permet de répartir le traitement de l'information, ce
qui est
nécessaire pour contrôler un système électrique. Cela permet également de
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répartir la protection des lignes de transmission dans les mini sous-stations
situées le long des lignes de transmission.
Un autre avantage de l'invention est la redondance accrue et la puissance de
calcul du système de traitement, le contrôle de la ligne et un système de
transmission intelligent.
Encore un autre avantage de l'invention est la résistance accrue de la ligne
intelligente et du système intelligent aux perturbations électromagnétiques et
à
des perturbations potentiels du système de GPS.
Un autre avantage est encore la force de la communication à travers tout le
système.
Les figures 7, 9, 16, 17 et 18 représentent un mode de réalisation préféré
incluant des lignes de tronçons groupées (ex: ligne 735 kV avec des tronçons
de
30km) avec des sous-conducteurs isolés entre eux, des modules de
commutation sur chaque phase, un ou plus de processeurs de contrôle avec des
connecteurs optiques dans chaque appareil de commutation d'une chaîne
d'isolants avec des fibres optiques sur chacune des phases A, B et C, afin de
partager le processeur de contrôle de sauvegarde et les processeurs
supplémentaires. L'ajout d'un routeur permet la coordination de la
communication entre les processeurs des modules de commutation des phases
A, B, C avec les autres routeurs des autres mini sous-stations de la même
ligne
à travers le câble de garde en fibre optique. Le routeur peut aussi coordonner
la
communication entre les autres routeurs des autres lignes du même couloir et
des mêmes sous-stations.
Les processeurs de contrôle et de calcul des modules de commutation
communiquent avec les autres processeurs de contrôle et de calcul des autres
modules de commutation à l'aide de fibres optiques. Ces processeurs de
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contrôle communiquent par des bus d'entrée et de sortie avec les sous-systèmes
du module de commutation tel que les commutateurs embarqués mécaniques
et/ou électroniques, les moteurs linéaires, les capteurs de tension, le
courant, la
position, le GPS, les blocs d'alimentation inductifs et capacitifs, les PLC,
l'émetteur-récepteur, etc... Ce bus d'entrée et de sortie peut être soit
optique, soit
galvanique, tel que montré sur la figure 16.
L'alimentation en énergie du routeur peut se faire grâce au un panneau solaire
et/ou un bloc d'alimentation capacitif.
Une façon préférée de connecter deux modules de commutation dos-à-dos est
représentée sur les figures 7 et 9. La redondance des blocs d'alimentation des
modules de commutation montés dos-à-dos en les connectant électroniquement
parce qu'ils ont le même potentiel.
Dans le module de commutation, les trois processeurs actifs en parallèle avec
un
quatrième processeur de garde et les processeurs supplémentaires afin
d'effectuer des tâches spécifiques, peuvent être montés ou non sur la même
puce. De plus, ils peuvent être connectés entre eux par des connexions
galvaniques ou optiques.
L'invention permet que la répartition des informations en traitement
nécessaires
pour contrôler le système et la protection des lignes de transmission dans les
mini sous-stations, se fasse le long des lignes de transmission. Cette
nouvelle
technologie connecte chaque module de commutation avec au moins une fibre
optique, une provenant d'un routeur et l'autre d'un second module de
commutation situé au dos du premier module, à la place d'une simple connexion
radiofréquence. Cette liaison optique peut être une bande large> 10 GHz, avec
des canaux multiples (différentes longueurs d'ondes). Cette liaison optique
redondante permet le regroupement des processeurs des deux modules de
commutation de chaque phase dos-à-dos et des trois phases A, B et C de la
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même sous-station, entre eux, par l'intermédiaire d'un routeur. Les routeurs
des
mini sous-stations d'une même ligne sont connectés entre eux, ainsi qu'avec le
centre de contrôle du système par l'intermédiaire de fibres optiques. Cela
permet
d'augmenter :
1. la redondance et la puissance de calcul du système de traitement et le
contrôle de la ligne et du système de transmission intelligent. De
préférence, chaque module de commutation inclut trois processeurs qui
prennent en charge le traitement de la tâche en parallèle avec un
1.0 quatrième processeur de réserve pour prendre le relais en cas de
défaillance. Un certain nombre de processeurs groupés avec ceux des
autres phases avec différents potentiels agissent comme un super-
processeur, et le processeur de garde ainsi que les processeurs
supplémentaires peuvent être partagés.
2. la redondance et la puissance de calcul du système de traitement et le
contrôle de la ligne, et du système de transmission. En connectant les
processeurs de façon optique, les processeurs de garde, et les
processeurs supplémentaires des lignes situées dans le même couloir, de
différents potentiels et dans les même mini sous-stations.
3. la robustesse de la ligne intelligente et du système intelligent face à des
perturbations électromagnétiques (ex: des tempêtes solaires, des
impulsions électromagnétiques et des nuisances sonores
électromagnétiques). Seuls les capteurs de signaux situés le long du
tronçon de 30km sont connectés par une liaison téléinformatique de
radiofréquences au module de commutation correspondant. Ces signaux
ne sont pas indispensables à l'opération, ni à la protection du système de
transmission.
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4. la redondance au niveau du GPS, du courant porteur sur ligne d'énergie
(PLC) et des émetteurs-récepteurs pour faciliter la communication avec
les capteurs le long du tronçon associé avec les modules de commutation.
5 5. la
robustesse du système de transmission face à de potentielles
perturbations du système (GPS). Parce qu'un signal de référence
temporel est envoyé à chaque module de commutation par fibre optique
avec un indicateur du chemin utilisé. Cette référence temporelle est
calibrée avec l'aide d'un GPS pour différents chemins.
6. la robustesse du système de transmission à des intrusions non-désirées
en utilisant les protocoles de communication et le chiffrement appropriés
dans l'environnement relativement sûr d'un système isolé à fibre optique.
7. la robustesse de la communication en augmentant la redondance des
canaux et des fibres de communication.
L'architecture du système de transmission intelligent permet de mesurer
redondance des synchrophaseurs répartis le long des lignes, la protection des
lignes, le contrôle du réseau avec un contrôle de la compensation et de
l'écoulement d'énergie, un contrôle de la stabilité, une augmentation de la
capacité de transit, la gestion en temps réel du système, le dégivrage des
lignes,
la surveillance en temps réel des lignes et des modules de commutation, la
planification de l'entretien en fonction des besoins et la création de base de
données du système de transmission pour des utilisations futures. De telles
bases de données peuvent bien-entendu être situées à distance.
La surveillance des lignes implique une surveillance des événements
électriques
(ex: contournement causé par une surtension statique), des événements
mécaniques (ex: galop, vibrations du vent), événements météorologiques (ex:
givre, éclairs).
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De plus, cette architecture permet d'avoir une vue en temps réel de
l'écoulement
de puissance dans le système, d'avoir également une base de données des
événements ayant eu lieu sur la ligne et le réseau électrique, et d'en déduire
la
série d'actions à réaliser en temps réel ou dans un temps futur pour assurer
une
utilisation et une maintenance optimums du système de transmission. Cette
technologie hautement redondante permet d'obtenir un système de transmission
sûr et fiable.
Chaque module de commutation inclut de préférence des commutateurs
embarqués mécaniques et/ou électroniques, des actionneurs ou des moteurs
linéaires, des capteurs de courant, de tension ou de position, et un émetteur-
récepteur pour communiquer avec les capteurs situés le long du tronçon associé
avec ce module de commutation.
La redondance des blocs d'alimentation des appareils de commutation peut être
augmentée en connectant électroniquement entre eux deux modules montés
dos-à-dos sur la même phase de façon à ce qu'ils partagent le même bloc
d'alimentation.
Un autre avantage de la présente invention est que grâce aux données obtenues
de tous les appareils de commutation du réseau d'énergie électrique et du
contrôle de ces appareils, le comportement et la fiabilité du réseau peuvent
être
augmentés en utilisant les logiciels d'application et les systèmes experts
appropriés.
L'étendue des revendications ne devrait pas être limitée aux modes de
réalisations préférés cités dans les exemples, mais devraient donner la plus
large
interprétation consistante avec la description, qui forment un tout.
