Solution de protection des alimentations avec relais à microprocesseur pour les réseaux de distribution intelligents modernes

1. Introduction et défis majeurs​
   L'intégration croissante des sources d'énergie distribuées (SED) (telles que l'énergie solaire photovoltaïque et l'énergie éolienne) dans les réseaux de distribution, couplée à la demande accrue des utilisateurs en termes de fiabilité et de sécurité de l'alimentation électrique, pose des défis sévères aux schémas de protection traditionnels des alimentations. Cette solution est conçue pour répondre aux trois défis majeurs suivants :

• ​Risques d'arc électrique :​​ Les courts-circuits internes dans des équipements tels que les tableaux de distribution peuvent déclencher des arcs électriques extrêmement destructeurs, menaçant la sécurité des équipements et du personnel, ce qui nécessite une réponse extrêmement rapide du système de protection.
• ​Défauts de terre à haute impédance :​​ Particulièrement les défauts de terre monophasés se produisant dans les zones rurales ou les régions avec une résistivité du sol élevée, caractérisés par un faible courant de défaut, sont difficiles à détecter de manière fiable par la protection de surintensité de séquence nulle traditionnelle, posant un risque de non-fonctionnement de la protection.
• ​Impact de l'intégration des SED :​​ L'intégration des SED modifie le sens de l'écoulement de puissance et les caractéristiques du courant de court-circuit dans les réseaux de distribution, pouvant causer un fonctionnement incorrect (déclenchement erroné) ou un non-fonctionnement de la protection, et introduire le risque de mise en île involontaire.

Cette solution, basée sur des relais de protection à microprocesseur avancés et intégrant plusieurs algorithmes innovants, fournit une protection d'alimentation complète, rapide et fiable pour les réseaux de distribution modernes.

​2. Détails de la solution​
Notre relais de protection d'alimentation adopte une conception modulaire, intégrant les fonctions de protection centrales suivantes pour répondre aux défis mentionnés précédemment.

​2.1 Module de protection contre les arcs électriques multi-bandes (AFP)​

• ​Principe technique :​​ Utilise une technologie de détection multi-bandes propriétaire, surveillant simultanément l'intensité lumineuse (via des capteurs d'arc dédiés) et le taux de variation du courant (di/dt). Un défaut est confirmé comme un arc électrique uniquement lorsque les deux conditions - "signal lumineux d'arc intense" ET "caractéristique de surintensité à haute vitesse (>10 kA/ms)" - sont remplies (opération logique ET). Ce critère double empêche efficacement les fonctionnements incorrects causés par des sources de lumière externes ou des surintensités de commutation.
• ​Avantage de performance :​​ Caractérisé par des vitesses de fonctionnement ultra-rapides, conçu pour minimiser l'énergie de l'arc électrique.
• ​Exemple d'application :​​ Après son déploiement dans le système de distribution moyenne tension d'un grand centre de données, ce module a réalisé un temps total de suppression de défaut inférieur à 4 millisecondes, représentant une augmentation de plus de trois fois par rapport aux schémas de protection basés uniquement sur le courant, réduisant considérablement le risque de dommages aux équipements.

​2.2 Module de protection contre les défauts de terre à basse intensité à haute sensibilité​

• ​Principe technique :​​ Utilise la méthode de l'admittance de séquence nulle. Cette méthode implique une mesure en temps réel et précise de la tension de séquence nulle (3U₀) et du courant de séquence nulle (3I₀) du système, calculant la valeur d'admittance correspondante. Cet algorithme est relativement insensible aux variations du courant de défaut de terre capacitif du système, permettant de distinguer efficacement le courant capacitif normal du courant résistif induit par un défaut, identifiant ainsi précisément les défauts de terre à haute impédance avec des valeurs de résistance jusqu'à 1 kΩ ou plus.
• ​Avantage de performance :​​ Résout le problème de sensibilité insuffisante des schémas de protection traditionnels lors de défauts à travers une résistance de transition élevée, réduisant considérablement les risques de choc électrique et d'incendie.
• ​Exemple d'application :​​ Dans un projet pilote au sein d'un réseau rural (caractérisé par un courant de défaut de terre capacitif élevé et des niveaux d'isolation des lignes inégaux), l'application de cette technologie a augmenté le taux global de détection des défauts de terre de 65% avec les schémas traditionnels à 92%, améliorant considérablement la sécurité de l'alimentation électrique.

​2.3 Module de protection anti-mise en île adaptatif​

• ​Principe technique :​​ Pour faire face au risque de mise en île introduit par l'intégration des SED, ce module combine des méthodes de détection passive et active.
• ​Surveillance passive :​​ Surveille en continu les paramètres anormaux au Point de Couplage Commun (PCC), tels que l'écart de fréquence de la tension (Δf > 0,5 Hz) et le saut d'angle de phase (Δφ > 10°).
• ​Détermination active :​​ Lorsque les indicateurs de surveillance passive dépassent les seuils définis, il intègre des méthodes actives telles que le Déplacement Actif de Fréquence pour confirmer rapidement une condition de mise en île.
• ​Avantage de performance :​​ Assure la déconnexion rapide des SED dans un délai très court (< 200 ms, conforme aux exigences du code réseau) après la mise en île, évitant les dangers pour les équipements du réseau et le personnel de maintenance dus à une opération en île non intentionnelle.
• ​Exemple d'application :​​ Validé dans un projet de micro-réseau contenant plusieurs installations photovoltaïques, ce module anti-mise en île a atteint un taux de précision de 99,7%. Il prévient efficacement la mise en île tout en minimisant les déclenchements inutiles causés par les perturbations normales du réseau, améliorant ainsi le taux d'utilisation des sources d'énergie distribuées.

​3. Résumé de la valeur ajoutée​
Cette solution de protection basée sur des microprocesseurs, en intégrant plusieurs algorithmes intelligents, permet de :

• ​Améliorer la sécurité :​​ Maximise la protection du personnel et des équipements grâce à une protection contre les arcs électriques en millisecondes et une protection contre les défauts de terre à ultra-haute sensibilité.
• ​Fournir une grande fiabilité :​​ Traite efficacement les complexités introduites par l'intégration des SED, identifiant avec précision les conditions de mise en île et les défauts à haute impédance, éliminant les "zones aveugles" de la protection.
• ​Permettre une restauration rapide :​​ Permet une suppression rapide des défauts, facilitant une auto-guérison rapide du réseau, réduisant la durée des coupures et améliorant la fiabilité de l'alimentation électrique.