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Réseau de distribution en temps réel

SWO Netz GmbH, une entreprise des services techniques de la ville d'Osnabrück, prépare la distribution d'énergie du futur avec un projet Cloud. La Basse-Saxe utilise des technologies WAGO pour la gestion et l'analyse des données.
Elle se prépare à ce qui sera une réalité dans 20 ou 30 ans – c'est le défi de SWO Netz GmbH. Il n'y a cependant aucune inquiétude à avoir. La filiale Netz détenue à 100% par les services municipaux d'Osnabrück s'est récemment lancée dans l'avenir de la distribution d'énergie, tout d'abord avec un Smart Grid, puis avec un système Cloud qui permet d'exploiter de diverses manières les données de mesure. « Pour la première fois, nous pouvons avoir une vue d'ensemble en temps réel de l'état des réseaux et les analyser en détail » déclare Christian Drecksträter, chef de projet.

Maîtriser les coûts de déploiement du réseau

Les données de mesure proviennent d'un petit Smart Grid placé dans le quartier osnabrückois Wüste. De 2013 à 2016, SWO Netz GmbH a mené un projet pilote, la création d'un réseau intelligent. « Nous voulions utiliser des technologies modernes pour savoir comment nous pourrions gérer le développement de générateurs d'énergie décentralisés tels que des installations photovoltaïques et d'autres consommateurs tels que les véhicules électriques, dans le réseau tout en maîtrisant les coûts de déploiement de ce réseau » déclare Drecksträter. Le périmètre du projet comporte 60 immeubles avec 125 logements. À noter que sur un petit espace, sept installations photovoltaïques produisent du courant. « Le critère déterminant pour le choix a été que la zone du profil de charge soit transférable à environ 90% de la zone d'alimentation d'Osnabrück » explique Christian Drecksträter. À quelques différences, le profil de charge de cette zone correspond à la moyenne nationale, c'est-à-dire : la consommation électrique augmente rapidement le matin, elle stagne généralement à un niveau moyen pendant la journée puis elle connait un nouveau pic le soir pour décroître à nouveau par la suite.

Les données relatives à la consommation et la puissance d'alimentation ainsi qu'à d'autres valeurs significatives telles que la puissance active et réactive dans la zone du projet proviennent d'un réseau local et de cinq armoires de distribution de câbles, conçus pour être intelligents grâce à des composants WAGO. De plus, l'installation photovoltaïque d'un habitant, qui s'est porté volontaire, a été équipée d'un instrument de mesure afin de participer au projet. Un contrôleur I/O-Ethernet de la série 750 (750-880) se trouve au coeur de cette automatisation. Un module de mesure de puissance à 3 phases (750-494) et un transformateur de la série 855 sont également utilisés. Les composants enregistrent au total plus de 215 mesures.

Gains de connaissances exceptionnels

À l'automne 2016, peu avant la fin du projet Smart Grid, Minden a suggéré de ne pas limiter l'analyse qu'à une seule partie des données de mesure récupérées. Toutes les données devaient pouvoir être exploitées de manière ciblée grâce à une application Cloud. « L'idée de suivre la perspective, les données de charges et bien d'autres quasiment en temps réel et de pouvoir les analyser de manière approfondie, a été très tentante », explique Ulrich Clausmeyer, responsable de la gestion du réseau chez SWO Netz GmbH. Idée que l'entreprise osnabrückoise a concrétisé grâce à l'outil Cloud Connectivity de e!COCKPIT proposé par WAGO. Le pilotage s'appuie sur le contrôleur 750-8207/025-001 avec modem VPN intégré. Le logiciel reflète exactement les composants disponibles physiquement du Smart Grid, en d'autres termes : les composants WAGO intégrés dans le réseau local et les coffrets de distribution. Ils sont représentés dans l'interface utilisateur. Un simple clic sur les différents composants vous permet d'ouvrir des listes qui consignent les dernières valeurs de mesure, que le logiciel peut également convertir en graphiques. Outre les valeurs de mesure renvoyées par les composants de réseau intelligents, la société osnabrückoise reçoit également des informations détaillées d'une des installations photovoltaïques. « Nous pouvons ainsi confronter les données météorologiques à des valeurs de puissance concrètes » déclare Drecksträter, le chef du projet.

Visualiser l'état du réseau avec WAGO

Le système Cloud ne permet pas seulement d'avoir une vue d'ensemble en temps réel de l'état du réseau mais également de réaliser de nouvelles analyses. Auparavant, les conclusions des analyses des données correspondaient en partie au résultat escompté mais quelquefois elles étaient surprenantes. « Nous n'avions jamais eu de situations critiques » anticipe le chef de projet, Drecksträter. Toutefois, il y avait des distributions de charge exceptionnelles qui ont pu être détectées pour la première fois grâce aux visualisations de l'outil WAGO. « Il était effectivement déjà arrivé que dans des cas de production élevée, les installations photovoltaïques n'alimentent pas que les clients de la zone du projet mais également les maisons d'une zone limitrophe du réseau qui se trouvaient derrière le réseau local intelligent. Aucune énergie n'avait été appelée pendant cette période même par ces consommateurs, les installations photovoltaïques les avaient alimentés en intégralité » explique Christian Drecksträter. À une autre reprise, les modules de mesure de puissance à 3 phases de WAGO ont révélé une surprise : « Alors que l'alimentation s'effectuait en courant biphasé à partir des installations photovoltaïques, on a constaté un appel de puissance via la troisième phase » rapporte Ulrich Clausmeyer. Les ingénieurs électriciens avaient jusqu'alors pressenti ces deux situations dans la salle de contrôle du réseau. Elles sont maintenant étayées par des faits concrets.

Systèmes découplés

Les valeurs de mesure sont également exploitables pour le travail quotidien dans la salle de contrôle du réseau, si ce n'est par tous. « La petite zone du projet fournit une quantité raisonnable de données, ce qui est idéal pour l'analyse. Nous ne voulions toutefois pas reprendre chaque valeur de mesure dans notre système de commande, tout simplement parce que nous n'en avions pas besoin pour la gestion du réseau » déclare Ulrich Clausmeyer. Les 215 valeurs de mesure relevées dans le Smart Grid ont été filtrées dans le Cloud et regroupées en 41 valeurs. Des valeurs seuil ont été définies ; le système génère un message dès qu'elles sont dépassées. D'un point de vue technique, le système Cloud s'exécute en parallèle du système de commande. La sécurité d'accès est l'élément essentiel. « Comme il s'agit de deux systèmes totalement indépendants l'un de l'autre, il est impossible que des hackers puissent pénétrer dans notre système de commande via le système Cloud » explique Clausmeyer. Il est également impossible de forcer le système Cloud pour voler des données. Security by Design garantit cette sécurité – WAGO intègre des fonctions de cybersécurité dès le départ dans les contrôleurs basés Linux® sous forme d'une architecture de sécurité basée sur des couches. La communication via le protocole MQTT, qui a fait ses preuves, est sécurisée par une connexion VPN cryptée.

Flexibilité pour répondre aux prochaines évolutions

Après ces premières expériences avec Smart Grid et le système Cloud, la filiale du réseau municipal d'Osnabrück va prochainement lancer un projet dans une zone plus étendue. « Il est important que nous faisions le point sur nos évolutions actuelles et progressions, mais tout en utilisant des technologies qui nous permettent de rester flexible dans le cadre d'une planification de réseau cible à long terme » déclare Christian Drecksträter. Aujourd'hui, personne ne peut affirmer avec certitude le nombre d'installations décentralisées de génération d'énergie ou de voitures électriques qu'il faudra connecter au réseau dans 20 ans. À l'avenir, le réseau d'Osnabrück ne devra pas seulement être fiable et sécurisé, il devra également être flexible pour s'adapter aux évolutions.

Arrière-plan : SWO Netz GmbH

SWO Netz GmbH est une filiale détenue à 100% par les services municipaux d'Osnabrück AG et elle est en charge de planifier, réaliser et gérer les réseaux d'infrastructure de la ville. Son champ d'activités regroupe les secteurs du gaz, de l'électricité, de l'eau, des eaux usées, de la télécommunication et de l'éclairage public. En tant qu'un des principaux opérateurs de réseau en Allemagne, SWO Netz GmbH a été certifié par le TÜV Rheinland conformément au catalogue de sécurité informatique.

Texte : Daniel Wiese
Photo : SWO Netz GmbH, Jens Sundheim

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