Table des matières
Introduction
Objectifs
- Définir une campagne d'essais IEEE 2030.8 (transition et dispatch), fixer des critères d'acceptation et rédiger le procès-verbal.
- Établir le bilan énergétique d'un réseau de distribution, séparer pertes techniques et non techniques, évaluer une méthode de détection (précision, rappel) et dimensionner une télérelève DLMS/COSEM.
- Spécifier un évènement OpenADR 2.0b, calculer une référence (baseline) et le règlement d'un effacement.
- Conduire une analyse de risque IEC 62443-3-2 (zones, conduits, SL-T) et proposer un plan de mesures IEC 62443-3-3 / IEC 62351.
Prérequis : niveau 5 (dynamique, gestion économique) et niveau 6 (SGAM, VPP, micro-réseaux, protocoles). Durée : 24 à 30 h.
7.1 Essais du contrôleur de micro-réseau (IEEE 2030.7 / IEEE 2030.8)
L'IEEE 2030.7-2017 ramène le contrôleur de micro-réseau à deux fonctions de base : la transition (passage du mode raccordé au mode îloté, programmé ou subi, et retour par resynchronisation) et le dispatch (consignes des ressources internes, en îlotage comme en raccordé). L'IEEE 2030.8-2018 décrit comment les essayer — en simulation, en temps réel avec le matériel dans la boucle (HIL), puis sur site — et quels indicateurs relever. Les plages de tension et de fréquence viennent des règles de raccordement (IEEE 1547-2018, EN 50549-1/-2) et de l'IEC 62898.
| Essai NRJXpert | Fonction IEEE 2030.7 | Scénario simulé | Ce que l'on juge |
|---|---|---|---|
| T1 îlotage subi | transition non programmée | ouverture du point de couplage (PCC) à 1 s, sans préparation | nadir, RoCoF, tension de l'îlot, stabilisation |
| T2 îlotage programmé | transition programmée | le contrôleur annule l'échange au PCC (rampe des consignes de 0,2 à 1,8 s), puis ouvre à 2 s | îlotage « sans à-coup » |
| T3 resynchronisation | reconnexion | îlotage subi, demande de reconnexion à 5 s : synchroniseur + synchro-check | durée, Δf / ΔV / Δφ à la fermeture, retour au nominal |
| T4 échelon de charge | dispatch en îlotage (réglage primaire) | +20 % de la charge de l'îlot au bus le plus chargé à 5 s | nadir, fréquence établie (statisme) |
| T5 perte de production | dispatch en îlotage (réserve) | perte de la plus grande production suiveuse (PV, éolien) à 5 s | nadir, RoCoF, tenue de l'îlot |
| T6 fonction de dispatch | dispatch économique | gestion économique 24 h raccordé puis îloté (MILP) | énergie non distribuée, SOC, coût |
Critères d'acceptation par défaut (réglables dans Simulation › Paramètres des études DER › Essais micro-réseau) : fréquence dans 47,5–51,5 Hz (plage de tenue EN 50549 à 50 Hz), RoCoF ≤ 2 Hz/s sur 500 ms, fréquence finale à ± 0,5 Hz, stabilisation (± 0,1 Hz) en moins de 5 s, tension de l'îlot entre 0,88 et 1,10 pu passé 200 ms, resynchronisation en moins de 10 s, énergie non distribuée en îlotage ≤ 0,1 %. Dans un vrai cahier des charges, ces valeurs se négocient : elles dépendent des charges (sensibilité des procédés), des protections de découplage et de l'exploitant.
Exemple 7.1 — Site de 0,9 MW : batterie 1 MVA (VSM), groupe 0,8 MVA, PV 0,6 MVA (exemples/banc_essai_microreseau.xml)
Résultats du banc d'essai
Échange au PCC avant îlotage : 0,10 MW. T1 : nadir 49,93 Hz, fréquence établie 49,94 Hz (statisme). T2 : l'échange étant repris avant l'ouverture, le nadir n'est plus que de 49,99 Hz (RoCoF ÷ 9). T3 : reconnexion à 6,36 s, soit 1,36 s après la demande (Δf = 0,10 Hz, ΔV = 0,08 %, Δφ = 6,4° ; îlot de 2,4 MVA, donc limites 0,1 Hz / 3 % / 10°, respectées de justesse en fréquence), retour à 50 Hz. T4 : nadir 49,83 Hz. T5 (perte du PV, 0,5 MW) : nadir 49,58 Hz, RoCoF 0,71 Hz/s. T6 : 79 F/kWh raccordé, 235 F/kWh îloté (3 917 L de gazole par jour), 4,5 kWh non distribués (0,03 %). Conformité : 6 / 6.
Sans amortissement du groupe (balise <D> supprimée), la fréquence oscille encore de ± 0,2 Hz 3,5 s après la reconnexion :
T3 échoue sur le temps de stabilisation. C'est exactement le genre de défaut que la campagne 2030.8 doit révéler avant la mise en service.
TP 7.1 — Campagne d'essais et procès-verbal
- Ouvrir l'exemple (Aide › Ouvrir un exemple du tutoriel ›
banc_essai_microreseau.xml) et lancer le calcul. Ouvrir le Rapport… : c'est le procès-verbal (synthèse, critères, déroulement, grandeurs mesurées). - Vérifier à la main le RoCoF et la fréquence établie de T5 avec la calculatrice ci-dessus (ΔP = 0,5 MW). Expliquer l'écart avec la valeur mesurée sur 500 ms.
- Remplacer la batterie VSM (
gfmModevsm) par un statisme pur (droop), puis réduire H à 0,5 s : quels essais échouent ? Pourquoi l'îlotage programmé (T2) reste-t-il conforme ? - Sur votre schéma (palette « Réseau intelligent ») : placer un disjoncteur entre le poste et le site, choisir Banc d'essai du micro-réseau dans Calcul, désigner le PCC dans l'onglet Essais micro-réseau, et rédiger les critères d'acceptation adaptés au client (hôpital, usine, campus).
7.2 Comptage évolué (AMI) : bilan, pertes techniques et non techniques
Le comptage évolué apporte la donnée qui manquait au distributeur : la consommation de chaque client, au pas de 15 ou 30 min. Combinée au compteur de supervision de chaque poste HTA/BT et au load flow, elle permet un bilan par poste :
Les pertes techniques (effet Joule, pertes fer) se calculent ; les pertes non techniques (fraude, compteurs défaillants, clients non enregistrés, erreurs de facturation) se déduisent. Dans beaucoup de réseaux d'Afrique de l'Ouest, elles pèsent autant ou plus que les pertes techniques : c'est souvent le premier argument économique d'un projet AMI.
Le calcul Comptage évolué (AMI) de NRJXpert reconstitue, pour chaque bus de charge (un poste) et chacun de ses « clients », une semaine de courbes de charge réelles et relevées ; une part des clients fraude (certains depuis toujours, d'autres à partir d'un jour donné), d'autres baissent honnêtement leur consommation (absence, équipement économe). Trois méthodes de détection sont comparées à la vérité simulée :
| Méthode | Principe | Forces / faiblesses |
|---|---|---|
| Baisse de consommation | consommation récente / historique, rapportée à la tendance des voisins du poste | ne voit pas les fraudes anciennes ; fausses alertes (vacances) |
| Baisse + bilan du poste | on ne retient que les baisses dans les postes en alarme | beaucoup moins de fausses alertes, rappel faible |
| Bilan du poste + inspection ciblée | contrôle sur place des clients des postes en alarme | trouve aussi les fraudes anciennes ; coût des tournées |
Exemple 7.2 — IEEE 33 nœuds, 1 857 clients, deux quartiers à risque (exemples/ami_ieee33.xml)
Résultats (7 jours, pas de 15 min)
Énergie fournie 402,7 MWh, pertes techniques 3,04 %, pertes non techniques 1,81 % (7,3 MWh en une semaine). 5 postes en alarme (seuil 3 %), dont B18 (13,5 %) et B19 (15,9 %), où un quart des clients fraude. Détection par la baisse : précision 50 %, rappel 55 % ; bilan + inspection ciblée : précision 77 %, rappel 27 %. Le bilan par poste indique où chercher, l'analyse des courbes qui contrôler : en pratique on combine les deux et on itère.
7.3 Télérelève : DLMS/COSEM (IEC 62056) sur G3-PLC ou cellulaire
COSEM donne le modèle d'objets du compteur, chaque donnée étant repérée par un code OBIS (A-B:C.D.E*F) ; DLMS donne les services (GET, SET, ACTION, notifications) et la sécurité (suites 0 à 2 : AES-GCM-128, ECDSA, ECDH). Le profil de charge (classe 7, OBIS 1.0.99.1.0.255) enregistre à chaque période : horloge (0.0.1.0.0.255), statut (0.0.96.10.1.255), index A+ (1.0.1.8.0.255) et A− (1.0.2.8.0.255), tension (1.0.32.7.0.255).
Le G3-PLC (ITU-T G.9903, bande CENELEC A 35–91 kHz, OFDM) transporte IPv6 (6LoWPAN) en maillage : un compteur éloigné du concentrateur passe par ses voisins. Chaque saut peut échouer (bruit, impédance du réseau BT) ; les répétitions compensent. Le cellulaire (NB-IoT, LTE-M) convient aux zones peu denses et aux gros clients.
Dans l'exemple 7.2 : 1,56 saut en moyenne, complétude journalière 99,88 %, 3,24 ko par compteur et par jour, 20,7 min pour collecter le plus grand poste (210 compteurs).
TP 7.2 — Audit des pertes d'un départ
- Lancer
ami_ieee33.xml, ouvrir le rapport : bilan énergétique, postes en alarme, plus fortes baisses (avec la vérité simulée). - Faire varier le seuil d'alarme du bilan (1, 3, 5 %) et la baisse jugée suspecte (20, 30, 50 %) : tracer précision et rappel. Quel réglage choisir si une inspection coûte 15 000 F et une fraude 60 000 F par an ?
- Passer en cellulaire, puis en G3-PLC avec p = 85 % et 5 sauts (quartier étendu) : complétude ? Conséquence sur le bilan du poste ?
- Avec la calculatrice 7.2, estimer le temps de retour d'un déploiement de 8 000 compteurs. Rédiger la note pour la direction (une page).
7.4 Effacement de consommation : OpenADR 2.0b
OpenADR relie un VTN (Virtual Top Node : gestionnaire de réseau, agrégateur) à des VEN (Virtual End Nodes : bâtiments,
parcs de bornes, centrale virtuelle). Le profil 2.0b échange des messages XML (EiEvent, EiReport, EiOpt…) sur HTTPS ou XMPP ; un évènement
(oadrDistributeEvent) porte une période active, un préavis, et des signaux par intervalle :
| Signal | Valeur | Réponse attendue |
|---|---|---|
| SIMPLE | niveau 0 à 3 | réduire selon un plan convenu (NRJXpert : 10 / 20 / 40 % de l'achat de référence) |
| LOAD_DISPATCH (x-loadControlCapacity) | réduction en MW | réduire de la valeur demandée par rapport à la référence |
| ELECTRICITY_PRICE | prix (F/kWh) | réagir au prix (pas d'engagement de volume) |
Le point délicat est la référence (baseline) : ce que le site aurait consommé sans l'évènement. On l'estime par une règle « X parmi Y » (moyenne des X jours les plus forts parmi les Y derniers jours comparables) avec un ajustement du jour. NRJXpert optimise la VPP deux fois, sans puis avec l'évènement : la référence est donc la meilleure possible, et l'écart avec une règle « X parmi Y » se discute en TP.
Exemple 7.3 — Effacement de 0,4 MW de 18 h à 21 h (exemples/openadr_effacement.xml)
Réponse de la centrale virtuelle (PV, batterie, 30 VE en V2G, 10 % d'effacement possible)
Demandé : 1 200 kWh ; réalisé 1 076 kWh (89,7 %) : 0,4 MW tenus à 18 h et 19 h, 0,28 MW à 20 h (la batterie est
vide). Rémunération 269 kF, pénalité 12 kF ; gain net 203 kF par rapport à la journée sans évènement. Le rapport
contient le message oadrDistributeEvent (57 lignes) que le VTN enverrait ; Simulation › Enregistrer le message OpenADR 2.0b l'exporte.
TP 7.3 — Négocier un contrat d'effacement
- Dans l'onglet Centrale virtuelle, activer l'évènement ; tester LOAD_DISPATCH 0,2 / 0,4 / 0,6 MW. À partir de quelle valeur la VPP perd-elle de l'argent ?
- Remplacer par un signal ELECTRICITY_PRICE de +400 F/kWh : volume effacé ? Quel signal préfère l'agrégateur, quel signal le gestionnaire de réseau ?
- Lire le message OpenADR : repérer
eventID,dtstart,duration,x-eiNotification,signalType, les intervalles. - Avec la calculatrice 7.3, montrer comment un site peut « gonfler » sa référence si la règle est « 10 parmi 10 » sans ajustement.
7.5 Cybersécurité du système de conduite : IEC 62443 et IEC 62351
Un réseau intelligent ouvre des chemins de commande vers des milliers d'équipements : interrupteurs télécommandés, onduleurs, bornes, compteurs capables de couper un client. L'IEC 62443 (systèmes d'automatisme industriels) fournit la démarche, l'IEC 62351 la sécurité des protocoles de l'énergie (IEC 60870-5-104, IEC 61850 MMS et GOOSE, DNP3), l'IEC 62056-5-3 celle du DLMS/COSEM.
- Zones et conduits (IEC 62443-3-2) : regrouper les actifs de même exigence (centre de conduite, postes, producteurs, bornes, AMI, agrégateur, IT) et identifier les flux entre zones (conduits).
- Niveau de sécurité cible SL-T de chaque zone, de 1 (erreur, malveillance occasionnelle) à 4 (attaquant étatique, moyens importants).
- Niveau atteint SL-A pour chacune des sept exigences fondamentales FR1…FR7 (IEC 62443-3-3) : identification et authentification, contrôle d'utilisation, intégrité, confidentialité, flux restreints, réponse aux évènements, disponibilité.
- Risque = conséquence × vraisemblance ; plan de mesures pour combler SL-T − SL-A, en commençant par les conduits exposés.
Dans NRJXpert : Outils › Analyse de risque de cybersécurité (IEC 62443)…. Les actifs sont tirés du schéma ; on règle le SL-T, on coche les mesures en place par zone, on qualifie les conduits (protection, exposition à Internet). L'onglet Résultats et le rapport HTML donnent la matrice de risque et la liste ordonnée des mesures manquantes. Les réglages sont enregistrés avec le projet.
TP 7.4 — Analyse de risque du projet de synthèse
- Ouvrir
smartgrid_deux_departs.nxp, lancer l'analyse : combien d'actifs, quelles zones ? Quel est le risque du centre de conduite avec les réglages initiaux ? Pourquoi ? - Passer le conduit « Télérelève » en « chiffrement et authentification » et cocher FR4 SL2 pour l'AMI : effet sur la matrice ?
- Établir un plan en trois lots (6 mois, 18 mois, 36 mois) qui amène toutes les zones à leur SL-T ; justifier l'ordre.
- Pour la VPP de l'exemple 7.3, quels risques nouveaux introduit le conduit OpenADR (prix falsifié, évènement injecté) ? Quelles mesures ?
7.6 Mission d'expertise (synthèse)
Sujet — Micro-réseau d'un campus universitaire
Un campus de 2 MW de pointe, alimenté par un départ 30 kV, veut un micro-réseau (PV 1,5 MWc, batterie 1 MW / 2 MWh, groupe existant 1 MVA), le comptage évolué de ses 40 bâtiments, et participer à un programme d'effacement de l'agrégateur national. Vous êtes l'AMOA.
- Dessiner le réseau et rédiger la fiche de cas d'usage IEC 62559 « îlotage programmé » (niveau 6).
- Définir la campagne d'essais IEEE 2030.8 et ses critères ; la simuler ; joindre le procès-verbal.
- Faire le bilan des pertes à partir du calcul AMI et estimer la valeur du comptage.
- Proposer le contrat d'effacement (signal, puissance, plage, rémunération) avec le calcul de rentabilité.
- Remettre l'analyse IEC 62443 et le plan de mesures.
Barème indicatif : modèle et cas d'usage 20 %, essais 25 %, AMI 15 %, effacement 15 %, cybersécurité 15 %, qualité du rapport 10 %.
QCM du niveau 7
1. Les deux fonctions de base d'un contrôleur de micro-réseau selon l'IEEE 2030.7 sont :
- protection et comptage
- prévision et facturation
- transition et dispatch
- SCADA et DMS
2. L'îlotage programmé est plus doux que l'îlotage subi parce que :
- la batterie a plus d'inertie
- l'échange au point de couplage est annulé avant l'ouverture
- le synchro-check est désactivé
- les charges sont délestées
3. Pour un îlot de 2,4 MVA, la fermeture du disjoncteur de couplage exige (IEEE 1547) :
- Δf ≤ 0,3 Hz, ΔV ≤ 10 %, Δφ ≤ 20°
- Δf ≤ 0,2 Hz, ΔV ≤ 5 %, Δφ ≤ 15°
- Δf = 0 exactement
- Δf ≤ 0,1 Hz, ΔV ≤ 3 %, Δφ ≤ 10°
4. Les pertes non techniques se calculent :
- par différence : énergie injectée − énergie comptée − pertes techniques
- par le load flow
- en mesurant le courant de neutre
- avec la formule R·I²
5. Une méthode de détection de fraude a une précision de 77 % et un rappel de 27 %. Cela signifie :
- 77 % des fraudes sont trouvées
- 27 % des alertes sont fausses
- 77 % des alertes sont justes mais 73 % des fraudes échappent
- la méthode est inutilisable
6. Le code OBIS 1.0.1.8.0.255 désigne :
- la tension de la phase 1
- l'index d'énergie active importée (A+)
- l'horloge du compteur
- le profil de charge
7. Avec 3 sauts G3-PLC à 90 % et 2 répétitions, une trame passe avec une probabilité d'environ :
- 73 %
- 90 %
- 95 %
- 98 %
8. Dans OpenADR 2.0b, le gestionnaire de réseau ou l'agrégateur qui émet les évènements est :
- le VTN
- le VEN
- le CPO
- l'EVSE
9. Dans l'IEC 62443, le niveau atteint SL-A d'une zone pour une exigence fondamentale est :
- la moyenne des mesures cochées
- le niveau de la meilleure mesure
- le plus haut niveau dont toutes les mesures jusqu'à ce niveau sont en place
- fixé par le fournisseur
10. La sécurité des protocoles IEC 60870-5-104 et IEC 61850 (TLS, authentification de GOOSE) relève de :
- l'IEC 62056
- l'IEC 62351
- l'IEC 62559
- l'IEEE 2030.8
Auteur
Novembre 2026