Application de la technologie des drones dans les opérations de contrôle séquentiel des postes électriques

Avec l'avancement des technologies de réseau intelligent, le contrôle séquentiel (basé sur la commutation automatisée SCADA) dans les postes électriques est devenu une technique essentielle pour assurer un fonctionnement stable du système électrique. Bien que les technologies de contrôle séquentiel existantes soient largement déployées, les défis liés à la stabilité du système dans des conditions opérationnelles complexes et à l'interopérabilité des équipements restent importants. La technologie des Véhicules Aériens Sans Pilote (VASP), caractérisée par son agilité, sa mobilité et ses capacités d'inspection sans contact, offre une solution innovante pour optimiser les opérations de contrôle séquentiel.

En intégrant en profondeur les fonctions basées sur les VASP, telles que la patrouille aérienne et la surveillance en temps réel de l'état, dans les systèmes de contrôle séquentiel traditionnels, on peut efficacement surmonter les limites des opérations manuelles, permettant une perception précise et en temps réel de l'état des équipements et améliorant considérablement la fiabilité et le niveau d'intelligence du contrôle séquentiel. La recherche sur les applications des VASP dans le contrôle séquentiel des postes électriques revêt une importance pratique considérable pour le développement des réseaux intelligents.

1.Présentation des opérations de contrôle séquentiel dans les postes électriques
1.1 Définition
Le contrôle séquentiel dans les postes électriques fait référence à l'exécution automatique, étape par étape, d'une série d'opérations d'équipements électriques selon des procédures et des règles logiques prédéfinies via un système de contrôle automatisé. Prenons l'exemple des opérations de transfert de bus (commutation) : traditionnellement, les opérateurs doivent manuellement manipuler les disjoncteurs, les interrupteurs et autres dispositifs un par un. En revanche, avec le contrôle séquentiel, les opérateurs n'ont qu'à émettre une commande globale depuis le poste de supervision ; le système exécute alors automatiquement et précisément toute la séquence - telle que le déclenchement d'un disjoncteur de ligne suivi de l'ouverture des interrupteurs associés - simplifiant grandement le flux de travail opérationnel.

1.2 Principes techniques
Le contrôle séquentiel des postes électriques repose sur un système d'automatisation intégré composé de composants clés, y compris un hôte de supervision, des unités de mesure et de contrôle, et des terminaux intelligents. L'hôte de supervision sert d'interface homme-machine, recevant les commandes des opérateurs et les convertissant en signaux de contrôle exécutables. Les unités de mesure et de contrôle collectent en continu des données opérationnelles en temps réel - telles que le courant, la tension et la position des équipements - fournissant à la fois une conscience situationnelle pour les opérateurs et des entrées critiques pour les décisions logiques séquentielles. Les terminaux intelligents interagissent directement avec les équipements primaires pour effectuer des opérations de commutation et communiquent avec les unités de mesure/contrôle et d'autres dispositifs via des fibres optiques ou des câbles, assurant une transmission rapide et précise des données pour soutenir l'exécution sûre et efficace du contrôle séquentiel.

1.3 Avantages
1.3.1 Amélioration de l'efficacité opérationnelle
Dans les opérations de postes électriques conventionnels, les procédures de commutation souffrent de notables inefficacités. Par exemple, lors d'une opération de transfert de bus 220 kV, le personnel doit se déplacer plusieurs fois entre les cellules pour vérifier les identifiants des équipements, confirmer les statuts et manipuler manuellement les disjoncteurs et les interrupteurs. En raison des limitations humaines, une opération complète prend généralement 2 à 3 heures, consommant une quantité considérable de main-d'œuvre et portant des risques inhérents d'erreur qui affectent l'efficacité du réseau.

Avec l'évolution des technologies de réseau intelligent, les systèmes de contrôle séquentiel offrent une approche transformante. À la réception d'une commande depuis l'arrière-plan de supervision, le système exécute automatiquement la séquence complète - y compris la vérification de l'état des dispositifs, la validation du ticket d'opération et les commandes de commutation - à une vitesse de millisecondes selon la logique préprogrammée. Les données de terrain montrent qu'en utilisant le contrôle séquentiel, le temps de transfert de bus 220 kV est réduit à moins de 20 minutes - une amélioration de plus de 80 % par rapport aux méthodes traditionnelles. Cette avancée renforce la flexibilité opérationnelle du réseau, permettant une reconfiguration rapide pendant les fluctuations de charge et raccourcissant considérablement les durées d'interruption en cas de panne, améliorant ainsi la fiabilité et la qualité globales de l'alimentation électrique.

1.3.2 Amélioration de la sécurité opérationnelle
Les opérations manuelles des postes électriques sont vulnérables à de nombreux facteurs humains imprévisibles qui posent des risques cachés de sécurité. L'alerte des opérateurs est cruciale ; la fatigue due aux quarts de nuit, par exemple, peut conduire à la lecture incorrecte des étiquettes ou à l'exécution des étapes dans un ordre erroné. De plus, les niveaux de compétence varient parmi le personnel - les nouveaux embauchés sont beaucoup moins familiers avec les procédures complexes que le personnel expérimenté - augmentant la probabilité d'erreurs. Des statistiques incomplètes indiquent que des centaines de pannes d'équipements de postes électriques et d'incidents de réseau annuels sont dus à des erreurs humaines.

Le contrôle séquentiel établit une barrière de sécurité robuste. Avant l'exécution, la validation logique intégrée vérifie rigoureusement chaque étape contre des règles de sécurité et d'interverrouillage électrique prédéfinies. Le système ne progresse que lorsque toutes les conditions sont satisfaites. Par exemple, lors de l'alimentation d'une ligne, le système vérifie automatiquement l'état des disjoncteurs et des interrupteurs ; si une anomalie est détectée, l'opération s'arrête immédiatement et déclenche une alarme. Cela empêche des erreurs graves telles que l'ouverture d'un interrupteur sous charge ou la fermeture d'un interrupteur de terre sous tension, réduisant fondamentalement le risque de dommages aux équipements et d'accidents de réseau, et assurant des opérations de poste électrique plus sûres et stables.

1.4 État actuel de l'application
A mesure que la Chine continue d'avancer dans son initiative de réseau intelligent, le contrôle séquentiel est devenu un pilier des opérations modernes des postes électriques. Dans les nouveaux postes électriques construits, les principes de conception intelligente sont désormais standard, avec le contrôle séquentiel intégré comme module fonctionnel central. Par exemple, dans l'Est de la Chine, le taux d'adoption du contrôle séquentiel dans les nouveaux postes électriques au cours des cinq dernières années a atteint 95 %. Dans les villes économiquement développées comme Shenzhen et Shanghai, la couverture dépasse 80 % pour les postes électriques de 220 kV et plus, améliorant considérablement l'efficacité et la sécurité régionales du réseau.

Parallèlement, la modernisation des anciens postes électriques avec des capacités intelligentes progresse également de manière constante. Dans le Nord de la Chine, un poste électrique de 110 kV âgé de 20 ans a été réussi modernisé avec des fonctionnalités de contrôle séquentiel grâce au remplacement d'unités I/O intelligentes et à la modernisation du système de supervision, améliorant nettement l'efficacité et la fiabilité opérationnelles.

Cependant, à mesure que la commande séquentielle s'étend, des goulots d'étranglement techniques dans des scénarios complexes deviennent évidents. En cas de conditions météorologiques extrêmes, de pannes sur plusieurs lignes ou de variations brusques de charge, le système doit traiter d'importantes quantités de données en temps réel et exécuter une logique complexe, ce qui peut entraîner des retards de réponse, des blocages logiques ou même des actions erronées. De plus, les problèmes d'interopérabilité entre les équipements de différents fournisseurs – dus à des incohérences dans les protocoles de communication, les formats de données et les normes d'interface – provoquent souvent une transmission anormale des données ou des retards dans la réponse aux commandes, compromettant ainsi la fluidité et la précision des opérations séquentielles.

Pour relever ces défis, le secteur électrique poursuit des solutions à double voie : l'innovation technologique et la normalisation. Sur le plan technique, les algorithmes sont optimisés afin d'améliorer le traitement des données et la prise de décision dans des conditions complexes. Sur le plan des normes, les efforts portent sur l'unification des interfaces et des protocoles de communication afin d'améliorer l'interopérabilité entre différents fournisseurs.

Dans ce contexte, la technologie des drones (UAV), offrant une manœuvrabilité souple, des angles de vue variés et une détection sans contact, constitue une approche innovante pour renforcer la commande séquentielle. Pendant les opérations séquentielles, les UAV peuvent effectuer une surveillance dynamique en temps réel de l'état des équipements à l'aide de techniques avancées telles que l'imagerie multispectrale et la thermographie infrarouge, permettant ainsi une acquisition précise des paramètres et une détection rapide des anomalies. Ce retour en temps réel soutient efficacement une prise de décision plus intelligente dans les systèmes de commande séquentielle, améliorant ainsi l'intelligence et la fiabilité des opérations du réseau électrique.

2. Application de la technologie UAV dans la commande séquentielle des sous-stations
2.1 Construction d'un modèle 3D réaliste de sous-station à l'aide de la technologie UAV
L'intégration de la technologie UAV pour construire un jumeau numérique 3D haute fidélité d'une sous-station représente un progrès hautement innovant et pratique dans le domaine de la commande séquentielle. Équipés de caméras de précision géodésique haute performance, les UAV peuvent réaliser des relevés aériens complets depuis plusieurs altitudes et angles, capturant à la fois la disposition générale et les détails fins des équipements critiques. Cela génère un jeu de données riche composé d'images haute résolution, essentiel pour une modélisation 3D précise. Pour garantir la cohérence des données et la précision géométrique, les missions de vol doivent strictement respecter les paramètres opérationnels spécifiés des UAV, comme indiqué dans le tableau 1.

Parmi ces paramètres, l'altitude de vol est fixée à 120 m - une hauteur qui garantit que le drone capture des images couvrant l'ensemble du poste tout en maintenant un niveau de détail suffisant. La vitesse de vol est contrôlée entre 2 et 5 m/s pour maintenir la stabilité du drone pendant le vol et éviter le flou de mouvement dû à une vitesse excessive. L'intervalle d'exposition est défini à 2-3 secondes, permettant une luminosité d'image constante et une qualité fiable sous différentes conditions d'éclairage.

Un chevauchement avant de 85 % et un chevauchement latéral de 75 % garantissent des zones de recouvrement suffisantes entre les images adjacentes, fournissant la redondance nécessaire pour la suite de l'assemblage d'images et la modélisation 3D. La longueur focale de l'objectif de la caméra varie de 35 à 50 mm, associée à un capteur haute résolution de 6 048 × 4 032 pixels, capturant efficacement les détails fins de divers équipements du poste. De plus, une distance d'échantillonnage au sol (GSD) de 1,5 cm/pixel assure que chaque pixel correspond précisément à une dimension réelle sur le sol, améliorant considérablement la précision spatiale.

En respectant strictement ces paramètres de vol, le drone acquiert des images de haute qualité qui, après traitement par un logiciel professionnel de photogrammétrie impliquant l'assemblage, la fusion et la reconstruction 3D, produisent un jumeau numérique 3D hautement réaliste et détaillé du poste. Ce modèle fournit des informations de référence spatiales intuitives et précises pour les opérations de contrôle séquentiel, permettant aux opérateurs de comprendre clairement la disposition et l'état des équipements, jetant ainsi les bases solides pour l'exécution précise des séquences de commutation automatisées.

2.2 Mise en œuvre de la « double confirmation » de la position des disjoncteurs dans les postes
Le dispositif de « double confirmation » pour les disjoncteurs sert de composant crucial pour vérifier la position des interrupteurs. Il utilise des capteurs montés directement sur le mécanisme d'exploitation primaire pour surveiller l'état réel des disjoncteurs. Le système comprend deux micro-interrupteurs : le second micro-interrupteur est directement lié au capteur et responsable de la capture de la position physique réelle de la lame du disjoncteur. Le signal collecté est transmis via le capteur à un récepteur de signal, qui transmet ensuite les données au système de mesure et de contrôle du poste. Ce mécanisme de transmission en boucle fermée permet une détection en temps réel et de haute fidélité des positions des disjoncteurs, offrant une validation fiable de la position pour les opérations de contrôle séquentiel.

En tant que centre névralgique, l'unité de mesure et de contrôle du poste reçoit des signaux des deux micro-interrupteurs : le premier micro-interrupteur (retour mécanique) et le signal traité du second micro-interrupteur (retour basé sur le capteur). Après intégration et validation de ces entrées doubles, l'unité envoie les données consolidées de statut à l'hôte de contrôle séquentiel. Simultanément, un hôte anti-erreur vérifie toutes les commandes d'opération émises par l'hôte de contrôle séquentiel. Seulement après avoir passé cette vérification anti-erreur, l'opération séquentielle peut se poursuivre.

Ce mécanisme de « double confirmation » élimine techniquement les risques associés à une panne de signal unique ou à une mauvaise interprétation, améliorant considérablement la fiabilité de la détection de la position des disjoncteurs. Dans les scénarios réels - qu'il s'agisse d'opérations de commutation routinières ou de réponses d'urgence - la double confirmation du disjoncteur assure aux opérateurs de recevoir toujours des informations de position précises, empêchant ainsi les erreurs d'exploitation et renforçant la sécurité et la stabilité des systèmes de contrôle séquentiel.

2.3 Application pratique
Dans un projet d'extension d'un poste de 110 kV, l'intégration de nouveaux équipements au système de contrôle séquentiel existant a posé des défis significatifs - des défis efficacement résolus grâce à la technologie de drones. Les opérateurs ont déployé des drones en suivant des paramètres de vol stricts : une altitude de vol de 120 m a assuré une couverture complète du poste tout en préservant le niveau de détail des équipements ; une vitesse de vol de 2 à 5 m/s a maintenu la stabilité de la plateforme pour des images nettes ; et un intervalle d'exposition de 2 à 3 secondes a permis de s'adapter aux variations de lumière pour obtenir des photos de haute qualité. Avec un chevauchement avant de 85 % et un chevauchement latéral de 75 %, le jeu de données a fourni une redondance suffisante pour un traitement photogrammétrique robuste.

Grâce à des techniques avancées de photogrammétrie et de modélisation 3D, les images haute résolution prises par les drones ont été transformées en un jumeau numérique 3D précis du poste. Ce modèle spatial immersif a permis à l'équipe d'exploitation d'analyser précisément les relations spatiales entre les équipements existants et les nouveaux équipements installés. Lors de la simulation des procédures de contrôle séquentiel, les opérateurs ont utilisé le modèle pour planifier à l'avance les chemins d'exploitation optimaux et identifier avec précision les dispositifs cibles en utilisant des coordonnées géospatiales précises - réduisant considérablement le temps de mise en service de l'intégration des nouveaux équipements.

Dans la pratique, cette approche a permis à l'équipe du projet de terminer l'intégration et la mise en service du système de contrôle séquentiel trois jours avant l'échéance. Cela a non seulement raccourci la durée globale du projet, mais a également accéléré la transition du poste vers une exploitation intelligente, établissant une base solide pour sa performance sûre et fiable à long terme.

Dans les scénarios quotidiens d'exploitation et de maintenance de contrôle séquentiel de ce poste de 110 kV, le mécanisme de « double confirmation » des disjoncteurs sert de garant essentiel pour la sécurité et l'efficacité opérationnelles, tandis que la technologie de drones apporte un soutien auxiliaire fort. Prenons l'exemple d'une opération de contrôle séquentiel d'urgence nocturne : après que les opérateurs ont émis une commande d'ouverture de disjoncteur depuis l'hôte de contrôle séquentiel, le dispositif de « double confirmation » active immédiatement son mécanisme de transmission et de vérification de signal précis. Les deux micro-interrupteurs à l'intérieur du dispositif transmettent en temps réel les signaux de position de la lame du disjoncteur à l'unité de mesure et de contrôle du poste. Cette unité intègre et pré-traite les signaux avant de les transmettre à l'hôte de contrôle séquentiel. Simultanément, l'hôte anti-erreur effectue une vérification logique de la commande d'opération ; seule une fois que l'hôte anti-erreur confirme la validité de la commande, l'opération d'ouverture peut être exécutée.

Au cours de ce processus, le drone joue également un rôle important. En tirant parti de ses capacités de vol agiles, le drone effectue une surveillance en temps réel et à 360 degrés des équipements du poste - en se concentrant particulièrement sur la zone des disjoncteurs. Pendant que le dispositif de « double confirmation » est en fonctionnement, le drone transmet des flux vidéo en direct de l'emplacement au centre de contrôle, fournissant aux opérateurs une référence visuelle supplémentaire pour assurer davantage la précision de l'opération.

Comparé à la vérification manuelle traditionnelle sur site, cette approche intégrée réduit le temps d'opération de 10 minutes initialement à seulement 3 minutes, améliorant ainsi considérablement l'efficacité. Plus important encore, elle élimine efficacement le risque d'erreur de jugement causé par une mauvaise luminosité et la fatigue de l'opérateur lors des contrôles manuels nocturnes.

3.Conclusion
La technologie des drones a apporté des percées innovantes aux opérations de contrôle séquentiel des postes électriques. En construisant des modèles réalistes en 3D, elle améliore efficacement l'efficacité de l'intégration de nouveaux équipements dans les systèmes de contrôle séquentiel et accélère la mise en œuvre des projets. Lorsqu'elle travaille en synergie avec les dispositifs de "double confirmation" des disjoncteurs, les drones améliorent considérablement la sécurité et la précision des opérations d'équipement. Alors que la technologie des drones continue d'évoluer et s'intègre de plus en plus profondément aux systèmes de contrôle séquentiel, elle promet de relever davantage de défis tels que l'adaptabilité dans des conditions d'exploitation complexes et l'interopérabilité des équipements, contribuant constamment à faire avancer les opérations des postes électriques vers une plus grande intelligence et fiabilité, et fournissant un soutien technique solide pour le fonctionnement stable et efficace des systèmes électriques.