Système de communication intelligent pour accélérer l`intégration

Système de communication intelligent pour accélérer l’intégration des ressources d’énergies distribuées
Chef de projet: Sylvain Martel et Alexandre Prieur CanmetENERGIE, Centre de recherche de Varennes INTRODUCTION La télécommunication est devenue un incontournable dans la majorité des domaines techniques et le monde de l’énergie ne fait pas exception. Le terme « Smart Grid » est fortement associé à l’intégration des technologies de communication au monde de l’énergie et des réseaux électriques. L’objectif principal de ce projet était d’étudier et de faciliter l’intégration des énergies renouvelables, l’efficacité énergétique et les ressources d’énergies distribuées (RED) dans le réseau électrique en étudiant comment l’intégration est faite actuellement et comment elle devra se faire dans le futur. ACTIVITÉS ET RÉSULTATS Parmi les activités de ce projet, une collaboration nationale avec les principaux acteurs de l’énergie au Canada a été mise en place et dirigée par les activités de ce projet. Le groupe de travail CNC/IEC sur les technologies et normes du Smart Grid inclut un très vaste éventail de membres et ressources afin de faire des recommandations au sujet de la position canadienne par rapport à la Commission Électrotechnique Internationale et le Smart Grid. Lisa Dignard‐Bailey est la co‐présidente du groupe de travail. En plus du travail de recommandation du groupe, des sous groupes de travail ont été mis en place afin d’étudier des aspects plus techniques en lien avec le Smart Grid. Les quatre sous‐groupes de travail étudient les sujets suivants : 1. Compteurs et technologies derrière les compteurs 2. Transmission et distribution 3. Sécurité et vie privé 4. Conformité Le problème d’intégration du Smart Grid dans les communautés éloignées et les régions rurales fait partie des problématiques canadiennes pour réaliser un réseau intelligent et l’intégration des RED. Du travail conjoint avec le Centre de Recherche sur les Communications (CRC), un organisme d’Industrie Canada, a permis d’étudier des aspects de cette problématique. Parmi ceux‐ci, une analyse de couverture pour les communautés éloignées utilisant les principales technologies disponible a été effectuée. De 1.8 Ghz à 5.8 Ghz, les technologies WiFi et WiMax répondent bien au besoin des communautés éloignées, mais il peut être nécessaire d’avoir plusieurs émetteurs ou transmetteurs dans les communautés. En utilisant des technologies à 900 Mhz, il est possible de couvrir le territoire de communauté éloignée avec un seul équipement. Par contre, il sera important que ces équipements utilisent des technologies Figure 1: Couverture à 1.8GHz, Largeur bande 1.25 MHz, ouvertes (OpenStandard) pour s’assurer de la compatibilité puissance Tx de 30 dBm EIRP, Lien point‐à‐point Sachs Harbour. entre les équipements. Par exemple, la communication de projets étudiés utilise différentes technologies à 900 Mhz propriétaires qui ne sont pas compatibles. Dans ces cas, il y a risque d’interférence qui pourrait potentiellement créer des problèmes pour les applications ou augmenter le nombre d’équipements nécessaires et ainsi augmenter les coûts finaux. Des travaux conjoints entre le projet de bâtiment répondant à la demande de pointe électrique (Demand Responsive Building) et ce projet ont permis d’étudier et de réaliser une infrastructure de communication utilisant OpenADR afin de simuler des demandes de réduction de pointe électrique pendant les périodes critiques et cela sans intervention humaine et en utilisant des méthodes de communication machine à machine normalises et sécurisées. Ces communications n’ont pas besoin d’infrastructure de communication supplémentaire et utilisent le réseau publique internet de façon sécuritaire. Ce projet à permis de faire de la réponse à la demande de façon complètement automatique. Il s’agit d’une première et l’information ainsi que l’expérience acquise durant ce projet ont été présentées à plusieurs intervenants au Canada (PowerShift Project, BCIT, CNC/IEC, etc). Figure 2 : Architecture de communication de Bâtiment avec réponse à la demande utilisant OpenADR De plus, ce projet a aussi été fait en collaboration avec les activités sur les micro‐réseaux et les réseaux intelligents à BCIT. Puisqu’une part importante des activités de BCIT par rapport au Smart Grid concerne la communication, leurs résultats ont fourni de la matière pour ce projet. Les expériences en communication à BCIT font partie d’un tout qui permet d’avoir une vue et une compréhension globale des enjeux de la communication dans le Smart Grid. Des résultats comme l’intégration d’un signal de prix dans une maison résidentielle, des essais WiMax, Zigbee, etc ont été mis en œuvre sur le campus de BCIT et nous avons bénéficié des résultats pour informer d’autres acteurs du monde de l’énergie et émettre des avis avisés lors d’interventions dans les groupes de travail comme ceux du CNC/IEC. Depuis 2008, une participation dans les activités de la norme IEC 61850 et plus précisément la partie 7‐420 qui se concentre sur les Nœuds Logiques pour les Systèmes de communication pour les ressources d’énergies distribuées a été effectuée. Parmi les développements actuels de 61850, il y a 61850‐7‐420 éditions 2 pour inclure des RED et leurs fonctions. Les onduleurs et leurs fonctions sont un bon exemple des discussions qui ont lieu présentement. Des nouvelles technologies de microcontrôleur à faibles coûts utilisant 61850 commencent à émerger dans le marché et les fabricants d’onduleurs étudient les possibilités d’inclure des protocoles de communication comme 61850 directement dans leurs produits. IEC TC57 Reference Architecture
Energy
Market
Participants
Utility Customers
Utility
Service
Providers
Other
Businesses
Application To Application (A2A)
and Business To Business
(B2B) Communications
Inter-Application Messaging Middleware (specified in XML; mapped to appropriate protocols)
End-to-End Security Standards and Recommendations (work in
progress)
Network, System, and Data Management (future)
61970 / 61968 Common Information Model (CIM)
Application
Interfaces
61970 Component Interface Specification (CIS) and 61968 SIDMS for Enterprise Application Integration (EAI, EII, and ETL)
EMS Apps
SCADA Apps
DMS Apps
Market Operation
Apps
Engineering &
Maintenance Apps
External
IT Apps
Data Acquisition and Control Front-End / Gateway / Proxy Server / Mapping Services / Role-based Access Control
61850-7-3, 7-4
Object Models
TC13
WG14
Meter
Standards
60870-5
101
&
104
61850-7-2
ACSI
XML
Messaging
(work in
progress)
60870-6-802
Object Models
60870-6-503
App Services
61850-8-1
Mapping to MMS
60870-6-703
Protocols
Communication Industry Standard Protocol Stacks
(ISO/TCP/IP/Ethernet)
61334
TC13
WG14
Customer
Meters
Specific Object
Mappings
Field Object Models
Specific Communication
Services Mappings
Protocol Profiles
Telecontrol
Communications
Media and Services
Field
Devices
Equipment And
System Interfaces
WAN
Communications
Media and Services
60870-5
RTUs or
Substation
Systems
61850
Substation
Devices
61850 IED
Field Devices
& Distribution
Feeders
XML
Messaging
External
Systems
60870-6
TASE.2
Other Control
Centers
External Systems
(Symmetric client/server
protocols)
IEDs, Relays, Meters, Switchgear, CTs, VTs
Peer-to-Peer 61850 over
Substation bus and Process bus
*Notes: 1) Solid colors correlate different parts of protocols within the architecture.
2) Non-solid patterns represent areas that are future work, or work in progress, or related work provided by another IEC TC.
Source: Reference architecture for TC57 rev. 5f
Figure 3 Architecture de référence de IEC TC57 DISCUSSION & PROCHAINES ÉTAPES Ce projet a permis d’identifier plusieurs besoins et champs de recherche pour le futur. Entre autres, il a permis d’identifier des besoins d’analyses afin d’intégrer les ressources flexibles dans le Smart Grid. C’est en utilisant une partie de la connaissance acquise dans ce projet que la proposition au Fond des Énergies Propre pour l’intégration des ressources flexible dans le Smart Grid a pu être écrite. Nous sommes encore au tout début de l’avènement de grands changements sur la façon d’utiliser la puissance et les charges pour intégrer les ressources énergétiques distribuées (REDs) et les ressources énergétiques renouvelables qui sont plus fluctuantes. Le présent groupe de travail sur le Smart Grid est en train d’établir une position canadienne sur l’interopérabilité en identifiant les besoins en connaissance supplémentaire et en recherche. Ceci va assurer une continuité des activités et résultats de ce projet. BUDGET F33.001 (2008‐2011) ecoETI Autre fédéral 390 k 62 k Externe nature 580 k Externe comptant ‐ Levier 165% ÉQUIPE DU PROJET 
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Lisa Dignard‐Bailey (CanmetÉNERGIE) Sylvain Martel (CanmetÉNERGIE) Alexandre Prieur (CanmetÉNERGIE) Bill Bryans (SCC) Andre Brandao, (CRCC‐IC) Tab Gangopadhyay (National Energy Board) Jean Goulet (IREQ‐Hydro Quebec) Grant Gilchrist (EnerNex) Richard Bertolo (Hydro‐One) Hassan Farhangi (BCIT) Edward Arlitt (IESO, Ontario) Membres du CNC/IEC Groupe de travail sur les technologies et normes du Smart Grid. La liste inclut CSA, ULC, NEMA, Industrie Canada, Mesure Canada, Sécurité publique du Canada, Commission de l’énergie (provinciale et nationale), Hydro One, Hydro‐Québec, BC Hydro, Manitoba Hydro, Hydro Ottawa, IESO, CEA, CABA et plusieurs autres. RÉFÉRENCES ET PUBLICATIONS [1]
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Lisa Dignard‐Bailey, Realizing Micropower Interoperability, Présentation au Canada Interoperability Smart Grid Summit, Toronto, Juin 2010. Alexandre Prieur et Ludo Bertsch, Examples of Smart Home Technology Projects across Canada, Présentation au CNC/IEC Groupe de travail sur le Smart Grid, Juillet 2010. Bill Bryans, NEMA‐EFC Smart Grid Standard, Conférence d’EUCI, Avril 2009, Vancouver. Andre Brandao, Report on the coverage Analysis of a wireless System for the Smart Grid Serving remote communities above the parallel 60° in Canada, CRC Ottawa, Decembre 2010. Clay Howey, Report on End‐to‐End Communication Infrastructure, BCIT/GAIT, Mars 2010. (En relation avec le projet 411‐MUGRID pour appuyer les études sur la communication des RED) Eric Hawthorne, Joey Dabell, Report on integration Field Test for DR/DM at BCIT, BCIT/GAIT, Decembre 2010. (En relation avec le projet 411‐MUGRID pour appuyer les études sur la communication des RED) Mike Wrinch, Hartley Bay micro Smart Grid community energy management communications systems description, Pulse Energy, Mai 2010. Grant Gilchrist , Review of Metering in IEC Smart Grid Roadmap, Enernex, Juillet 2010 IEC 61850‐7‐420 ed1.0, Communication networks and systems for power utility automation ‐ Part 7‐420: Basic communication structure ‐ Distributed energy resources logical nodes. 2009 2011‐012 (PM‐FAC) 411‐DERCOM 2011‐XXX (PM‐FAC) 411‐DERCOM Task Force on Smart Grid Technology and Standards
IEC / SMB
IEC Standard Management Board
CNC / IEC
Canadian National Committee to the IEC
Chair: Keith Rodel, Hubbell Canada
Secretary: Bill Bryans, SCC
Members : CEA, ITAC, CME, EFC, ULC, CSA, Industry
Canada, Consumers (CPIC)
Standard Council of Canada Task Force - Smart Grid Technology and Standards (SCC TF-SGTS)
BUILDING
INFRASTRUCTURE
Members:
Jason Crossman
Hubbell Canada
Ludo Bertsch
CABA
Tony Capel
Comgate Eng.
Resources:
Luc Tessier
Measur. Canada
Sylvain Martel
Alexandre Prieur
NRCan
DISTRIBUTION
FIELD EQUIPMENT
Co-Chairs : Lisa Dignard-Bailey, Natural Resources Canada;
Bill Bryans, Standards Council of Canada
ENTERPRISE
REGULATOR
TRANSMISSION
LEVEL /
INTEGRATOR
Members:
Andre Brandao
Industry Canada
Daniel Desrosiers
CYME Internat.
Sol Lancashire
UTCC
Members:
Edward Arlitt
IESO
Kip Morison
BCTC
Jean Goulet
IREQ- HQ
Resources:
Abbie Barbir
Nortel
Avygdor Moise
DOR R&D
Bill Bennitt
Hydro Ottawa
Resources:
Garry Spicer (*)
AESO - NERC
Johnathan Boon (*)
NAESB
Members:
Scott Fawcett
CISCO
David Curtis
HydroOne
Joseph Neu
ElectroFederation
Resources:
Bill Munson
ITAC
Jamie Hall
Manitoba Hydro
Jim MacFie
Microsoft Canada
Bruce Orloff
IBM
GENERAL
SDO
Members:
Tab Gangopadhyay
National E. Board
John Lawton
NB E.U. Board
Brian Hewson
ON E. Board
Members:
Grant Gilchrist
Enernex
Eric MeWhinney
BC Hydro
Neil Hutchings
OPA
Members:
John O’Neil
CSA
Mike Prasad
ULC
Paul Molitor
NEMA
Resources:
Robert Thomas
Alberta Util. Comm
Annamaria Cross
ON Min. Energy
Colman Ho/D. Gibson
Industry Canada
Michael Christensen
Industry Canada
Rose Coelho
Public Safety Can.
Gilles Vinet
Measur. Canada
Resources:
Dragan, Nerandzic
Ericson
Devin McCarthy
CEA
SECURITY
Resources :
James Robbins
EWA Canada
Yves Pope
TATA Comm.
Michael Richardson
Sandelman Soft.
Rob Walters
EWA Canada
(*) tentative
Smart Grid Standardization Related CNC/IEC Sub-Committes (CSC)
IEC / SMB
IEC Standard Management Board
CNC / IEC
Canadian National Committee to the IEC
Chair: Keith Rodel, Hubbell Canada
Secretary: Bill Bryans, SCC
SCC TF-SGTS
Co-Chairs : Lisa Dignard-Bailey, NRCan
Bill Bryans, SCC
Members : CEA, ITAC, CME, EFC, ULC, CSA, Industry
Canada, Consumers (CPIC)
IEC TC 8 : Systems aspects for
electrical energy supply
CSC Chair : Daniel Desrosiers
IEC TC 57 : Power systems
management and associated
information exchange
CSC Chair : Jean Goulet
CSC V-Chair : Grant Gilchrist
ISO/IEC JTC1
SC 25 : Interconnection of
Information Technology Equipment
CSC Chair : Jo Walling
SC27
IT Security Techniques -
WG 3 - Telecontrol protocols
CSC Chair :Charles P. Provencher
IEC TC 64 : Electrical installations
and protection against electric shock
WG 10 - Power system IED communication and associated data models
CSC Chair : Arkady Tsisserev
WG 13 - Energy management system application program interface
IEC TC 13 : Electrical energy
measurement, tariff- and load control
No Canadian participation
WG 14 - System interfaces for distribution management (SIDM)
IEC CISPR : International special
committee on radio interference
WG 15 - Data and communication security
Canadian Member : Raouf Khan
WG 16 - Deregulated energy market communications
WG 17 - Communications Systems for Distributed Energy Resources
WG 18 - Hydroelectric power plants - Communic. for monitoring and control
WG 19 - Interoperability within TC 57 in the long term
WG 20 - Planning of (single-sideband) power line carrier systems
IEC TC 65 : Industrial-process
measurement, control and
automation
CSC Chair : Michel Montreuil