La distribution horaire dans le secteur de l’énergie

Importance de la synchronisation temporelle dans la gestion de l’énergie

La synchronisation temporelle joue un rôle central dans la gestion et le fonctionnement des réseaux électriques modernes. En effet, une grande précision temporelle est nécessaire pour diverses opérations critiques :

• Coordination : Les opérateurs de réseau utilisent des horloges synchronisées pour coordonner les opérations sur l'ensemble du réseau. Par exemple, le déclenchement des relais de protection en cas de défaut doit être précis à la milliseconde près pour isoler la partie endommagée du réseau sans affecter les autres parties.
• Analyse : Lorsqu’un événement inattendu se produit, son analyse va nécessiter des horodatages précis. Des capteurs enregistrent des données sur les fluctuations et les interruptions, permettant ainsi aux ingénieurs de déterminer la cause d'une panne ou d'un événement anormal, en utilisant des informations temporelles.
• Gestion : Les fournisseurs d’énergie utilisent des systèmes de gestion qui nécessitent une synchronisation temporelle précise pour plusieurs tâches : la facturation bien entendu, mais aussi l’optimisation de la distribution et de la consommation d'énergie. Cela aide à réduire les pertes et à améliorer l'efficacité globale du réseau.

Les principales techniques de synchronisation utilisées

La distribution des temps va reposer sur plusieurs technologies et protocoles, pour assurer une synchronisation précise. Parmi les plus utilisés, on trouve :

• GPS (Global Positioning System) : Les horloges synchronisées par GPS sont couramment utilisées dans les réseaux électriques pour fournir un temps de référence précis. Le GPS offre une précision de l'ordre de la microseconde, ce qui est suffisant pour la plupart des applications énergétiques. Le système GPS est basé sur une constellation de satellites et un ensemble de récepteurs terrestres, les satellites émettant des signaux contenant des données sur leur position et le temps précis. Le GPS est disponible partout dans le monde et des systèmes équivalents ont été développés par plusieurs acteurs étatiques.
• PTP (Precision Time Protocol): Le protocole PTP, défini par la norme IEEE 1588, permet de synchroniser des horloges sur un réseau local avec une grande précision. Il est particulièrement utile dans les environnements où une synchronisation très précise est nécessaire (analyses des pannes par exemple). PTP est disponible dans de nombreux modèles de serveurs de temps. On retrouve notamment les profils PTP IEC61850 9-3 et IEEE C37.238 qui assurent une fiabilité et une interopérabilité optimale pour les systèmes de production électrique.
• NTP (Network Time Protocol): Bien qu’offrant une moindre précision que PTP, NTP est largement utilisé pour synchroniser les horloges sur un réseau informatique. Il offre une précision suffisante pour de nombreuses applications industrielles et commerciales. NTP est un protocole basé sur UDP, défini dans sa dernière version (4) par la RFC 5905. Il existe une version simplifiée de NTP, appelée SNTP (pour Simple NTP).
• IRIG: Les codes temporels IRIG, développés par le groupe Inter-Range Instrumentation Group, sont très répandus dans les applications militaires et civiles. Le code IRIG-B, en particulier, est utilisé dans le cadre de la distribution d’électricité.

Aucune de ces techniques n’est meilleure que les autres : chacune a ses avantages, mais aussi ses exigences. Parmi ceux-ci, on trouve :

• Les problèmes d’interférences : Il s’agit d’un défi propre aux signaux GPS, qui peuvent être perturbés par des conditions atmosphériques ou des interférences délibérées. Pour atténuer ce problème, les systèmes de distribution horaire intègrent souvent des sources de temps redondantes et des algorithmes de correction d'erreurs (voir notre article sur ce sujet).
• L’effet de latence trop importante : La latence dans les réseaux de communication peut affecter la précision de la synchronisation. Un protocole comme PTP compense ces latences en ajustant continuellement les horloges en fonction des retards observés. Il faut pour cela des serveurs de temps et des matériels adaptés.
• La dégradation physique des équipements : Les horloges et les dispositifs de synchronisation doivent être robustes et fiables pour fonctionner dans des environnements industriels « hostiles ». Comme les pannes et destructions accidentelles sont inévitables, il faut utiliser un principe de redondance dans la conception des systèmes de synchronisation. Un protocole comme NTP est particulièrement adapté dans ce contexte, avec une élection d’horloge de référence robuste comme source de temps.

Exemples d’applications du secteur de l’énergie

Voici maintenant quelques exemples d’applications réelles, un pour chaque aspect important du secteur de l’énergie (coordination, analyse et gestion).

• Coordination: les synchrophaseurs. Derrière ce nom étrange se trouvent des unités de mesure de phase qui, couplées au système GPS, permettent de cartographier plusieurs dizaines de fois par seconde, les flux de puissance dans un réseau électrique. Ces mesures sont indispensables pour la réalisation des smart grids.
• Analyse: reconstruction d’évènements. La plupart du temps, le réseau de distribution d’électricité fonctionne sans défaillance. Mais parfois, une panne surgit et peut être suivie d’une cascade de pannes et disfonctionnements. C’est par exemple, ce qui est arrivé en Amérique du Nord, en 2003, coûtant près de 6 milliards de dollars. Pour remonter la chaîne d’évènements et mettre en place des correctifs pour le futur, il faut un référentiel temporel commun à tous les évènements.
• Gestion : facturation. La plupart des fournisseurs ont des tarifs différenciés selon les horaires (notion d’heures creuses). Pour garantir la sincérité de la facturation dans ce contexte, il est nécessaire de disposer d’horloges précises.

La distribution horaire dans le secteur de l'énergie est une composante critique pour le fonctionnement efficace et fiable des réseaux électriques modernes. Il existe aujourd’hui toutes les briques techniques pour assurer une gestion du temps efficace dans ce contexte, la difficulté pour les organisations étant le choix des technologies les plus adaptées à leurs besoins.