Le calculateur capacitaire

Le démonstrateur capacitaire

Un démonstrateur à vocation à prouver la faisabilité technique d’un produit. Il n’augure pas de la solution définitive mais explore les voies et résout les points durs. Le démonstrateur est déjà un outil fonctionnel, opère sur un périmètre limité, et se confronte à l’utilisateur.

Le démonstrateur est ici un calculateur capacitaire, développé dans le cadre des travaux préliminaires au projet, traitant des chaînes électriques des sites et établissant leur bilan capacitaire. Il prend en compte les sécurisations implémentées, celles dérivant de l’architecture par les automatismes internes des équipements, comme celles dérivant des choix d’exploitation par les redondances internes ou externes mises en œuvre.

Ce calculateur accepte l’injection des infrastructures, la déclaration des calibres équipements, la déclaration des redondances d’exploitation, et l’injection de lots de mesures. Le bilan capacitaire prend en compte les aléas de charge (ex : batteries) et les surcharges potentielles (par les sécurisations).

Les résultats retournés sont parfaitement conformes à l’attendu. Ils valident les modélisations (chaînage, propagation…) et les principes algorithmiques. Les temps de traitement mériteront toutefois d’être optimisés… mais c’est justement l’objet du démonstrateur que de révéler ces points d'amélioration.

Les chapitres suivants présentent 2 cas d’application, sur un site fictif et un site réel.

1e cas : site fictif

Ce cas considère une infrastructure représentative des sites réduits ou imparfaitement décrits. La chaîne électrique compte des automatismes de type normal/secours, des groupes électrogènes (GE), des voies électriques différenciées (voies A/B) ou des redondances types N+1 et 2N. Seules 6 points de mesures sont remontés sur ce site. 

Bien que les mesures ne soient disponibles que sur 6 équipements, les algorithmes de propagation permettent d’étendre l’évaluation de la charge à l’ensemble de la chaîne.

En jaune = valeur exacte issue de la mesure (ex : CD2)
En vert = valeur exacte issue du calcul (ex : GE)
En orange = valeur moyenne sur un intervalle (ex : 30 sur [0,60])
En marron = valeur indetérminée mais avec mention de l’indéterminant (ex : PL déterminé par la valeur sur EQ2)

La charge des GE est non mesurable en fonctionnement normal puisque normalement inactifs, mais reste évaluable par le calcul : GE1=17kW (Rq : la charge d’un GE est comptabilisée au bilan comme une surcharge de sécurisation - CHASEC).

L’exemple de CD1/CD2 illustre un désequilibre de charge sur des coffrets redondants. Sans calculateur, la mesure sur CD2 ne permet pas d’évaluer la charge CD1. L’exploitant sera fondé à penser que la marge encore disponible sur CD2 est de 5kW (sur la base de la 1/2 capacité utile du coffret -CAUT). Or, le calcul opéré sur la globalité de la chaîne, tenant compte les 5 autres points de mesures, évalue avec précision la charge CD1=17kW. Le calculateur révèle ici une anomalie de déséquilibre, pouvant être parfaitement légitime, mais qui en l’état ne permet plus d’assurer la redondance par réversion.

2e cas : site réel

Le 2e cas traite du site d’un opérateur télécom, localisé en Ile-de-France. Ce site est de nature « stratégique » puisqu’il héberge des fonctions essentielles au réseau. La pleine disponibilité des chaînes énergie est ici primordiale. De multiples mécanismes de sécurisation sont donc implémentés.

A contrario du cas précédent, les mesures sont presque partout disponibles aux étages des primaires (TGBT), secondaires (ASI et ateliers 48V), ou tertiares (coffrets en salles).

Le site est de taille significative avec une infrastructure électrique constituée de 200 organes de distribution et près de 180 configurations de fonctionnement en modes dégradés (sécurisation). Ces configurations vont générer autant de répartitions de charges dans la chaîne. Le bilan capacitaire retiendra le cas le plus pénalisant.

Sur l’atelier AEK7, La capacité maximale installée (CAINT=216kW) est construite avec une pile de redresseurs 3kW. La capacité utile (CAUT=106,5kW) dérive de sa configuration de fonctionnement déclarée en 2N+1. La capacité des ateliers sera diminuée de la recharge potentielle des batteries (=CHASPO, n’apparaissant pas dans les colonnes ci-dessus). Sur AEK6 et AEK7, la CHASPO vaut respectivement 9,2 et 15,4kW -> il reste de la marge capacitaire (MADIMAC) sur AEK7 mais AEK6 est déjà trop chargé.

De la même manière, le bilan révèle que les ASI APMA / APMB en redondance 2N sont déjà trop chargées.

L’extrait ci-dessous reprend le bilan d’un TGBT (TBT2) aux primaires.

• L’analyse du bilan montre que le TBT est très peu chargé avec une charge active CHAAC=10, laissant une marge disponible MADIMAC=1108kW.
• Ce TBT est susceptible de porter une charge additionnelle CHASEC=110kW en cas d’activation des modes de sécurisation (le mode le plus pénalisant étant ici la réversion de son jumeau).
• Enfin, la recharge batteries des ASI et ateliers 48V en aval, pèse 22kW sur ce TBT (le résultat est ici pondéré à valeur probable puisque evalué sous l’hypothèse d’une équirépartition de la charge batteries sur les organes amonts).

Rq : Tous les résultats présentés sont parfaitement traçables, l’origine du résultat et les modalités de calcul étant figurés sous un champ d’information complémentaire (ex : cal_30466).

Conclusions

Ce démonstrateur atteint les objectifs d’un calculateur en :

• Prenant en compte la sécurisation dans les chaînes : toutes les configurations de sécurisation sont traitées et le cas de fonctionnement le plus pénalisant est retenu pour le bilan.
• En opérant avec des données partielles : Les mesures ou les calibres des équipements ne sont pas toujours fournies. Le calculateur s’adapte à la donnée disponible. Les résultats sont pondérés d’un indicateur qualité (valeur « injectée », « calculée », « exacte », « probable », « indéterminable »…) complétés, le cas échéant, des intervalles d’incertitude…
• En renvoyant des résultats pour tous les équipements : Le calculateur établi un bilan capacitaire pour tous les équipements de l’infrastructure. Il procède par propagation des charges dans la chaîne, traite les scénarios de sécurisation et renvoit le « meilleur » résultat.

Bien sûr, un tel bilan reste incomplet. A terme, il conviendra d’y ajouter les capacités calculées aux échelles de la salle, des primaires et d’y intégrer toutes les opérations capacitaires (réservations, condamnations, décommissionnements…). Mais tous ces prolongements seront construits via ce noyau préliminaire.