Le Nexus® 1500+ est un analyseur de qualité d'onde IEC 61000-4-30 Classe A et un compteur de facturation qui fonctionne aussi comme unité de mesure de phaseurs (PMU) : il transmet des synchrophaseurs IEEE C37.118 jusqu'à 60 trames par seconde. Un seul appareil au poste facture l'énergie avec une précision de 0,06 %, enregistre les événements de qualité de fourniture et alimente un système de surveillance étendue.
Les réseaux comptant de plus en plus de production à base d'onduleurs sont plus rapides et moins tolérants que ceux pour lesquels le SCADA a été conçu. Le SCADA interroge les valeurs toutes les quelques secondes sans référence de temps commune ; une PMU fournit au contraire plusieurs fois par seconde le module et l'angle de phase des tensions et des courants, rapportés au même temps absolu sur tout le réseau. Intégrer cette fonction au compteur déjà installé au point de raccordement évite une PMU séparée, son câblage et sa place dans le tableau.
Voir l'appareil : fiche de l'analyseur de qualité d'onde Nexus 1500, avec catalogue et caractéristiques.
Données fournies par la PMU du Nexus 1500+
Un synchrophaseur est un phaseur (module et angle) estimé à un instant connu du temps absolu : les phaseurs de PMU distantes de centaines de kilomètres se comparent donc directement. Le Nexus 1500+ transmet :
| Groupe | Canaux | Dans le rapport |
|---|---|---|
| Phaseurs individuels | VA, VB, VC, IA, IB, IC | Toujours |
| Composantes symétriques | V0, V1, V2, I0, I1, I2 (séquences homopolaire, directe et inverse) | En option |
| Fréquence et ROCOF | Fréquence du réseau et sa vitesse de variation (rate of change of frequency) | Toujours (trame C37.118) |
| Analogiques | W, VA et VAR fondamentaux (total et par phase) ; facteur de puissance de déplacement (total et par phase) | En option |
| Numériques | Entrées numériques rapides du compteur (état des disjoncteurs et relais) | En option |
Transmettre les composantes symétriques déjà calculées évite ce travail au concentrateur de phaseurs (PDC), et les entrées numériques permettent d'aligner dans le temps une manœuvre de disjoncteur avec la variation de phaseur qu'elle a provoquée.
Synchronisation temporelle et cadences d'envoi
L'angle de phase n'a de sens que si l'horloge est précise : une erreur de temps de ±26 µs à 60 Hz, ou de ±31 µs à 50 Hz, produit déjà une erreur de phase de 0,51° et une erreur vectorielle totale (TVE) de 1 %, la limite de plusieurs essais de la C37.118. La norme recommande une source de temps au moins dix fois meilleure.
Pour fonctionner en PMU, le Nexus 1500+ accepte deux sources de temps :
- IRIG-B : code horaire non modulé issu d'une horloge asservie au GPS, raccordé au port IRIG-B du compteur. En cas de perte du signal GPS, l'horloge interne (quartz de 3,5 ppm) prend le relais à l'instant même.
- IEEE 1588 PTPv2 : temps de précision par le réseau Ethernet du poste, avec le compteur en esclave PTP et une liste ordonnée d'horloges maîtres pour la redondance.
SNTP et la synchronisation sur la fréquence du réseau restent disponibles pour le comptage, mais pas pour les synchrophaseurs. Les cadences d'envoi dépendent de la fréquence nominale :
| Fréquence nominale | Trames par seconde |
|---|---|
| 50 Hz | 10, 25, 50 |
| 60 Hz | 10, 12, 15, 20, 30, 60 |
La fréquence est mesurée entre 42,5 et 69,9 Hz, avec 45–65 Hz spécifiés pour la C37.118. Phaseurs, fréquence et grandeurs analogiques peuvent être envoyés en virgule flottante ou en entier 16 bits (avec un multiplicateur pour la résolution), et les phaseurs en coordonnées polaires ou rectangulaires.
Conformité aux normes : classe P et classe M
Avec le firmware 20 ou ultérieur et la clé V-Switch™ 4, 5 ou 6, le Nexus 1500+ est conforme à l'IEEE C37.118.1-2011 et à son amendement C37.118.1a-2014 pour les deux classes de performance, et communique selon l'IEEE C37.118.2-2011. La classe se choisit dans le paramétrage de chaque installation.
| Classe P (protection) | Classe M (mesure) | |
|---|---|---|
| Fenêtre de filtrage | 2 cycles, triangulaire | 7 cycles, avec filtre passe-bande autour de la fréquence nominale |
| Réponse | Rapide : un ou deux phaseurs sont calculés pendant la plupart des défauts | Lissée : moyenne le défaut et n'en voit pas les grandeurs |
| Usage type | Localisation de défauts à deux ou trois extrémités, analyse rapide liée aux protections | Surveillance étendue, analyse des oscillations, estimation d'état |
Le flux de synchrophaseurs utilise uniquement la C37.118.2 ; le serveur IEC 61850 du compteur (clés V-Switch 5 et 6) n'est pas employé pour les données de la PMU.
Communication et transmission des données
La PMU fonctionne sur l'un ou l'autre des deux ports Ethernet du compteur (cuivre ou fibre 100Base-FX), un seul à la fois, avec l'IEEE C37.118.2. Les commandes et les données sont séparées entre TCP et UDP : une session TCP interrompue ne coupe pas le flux de données UDP.
Jusqu'à deux clients peuvent maintenir simultanément une session TCP de commande. Les ports sont configurables et l'identifiant de flux (Data Stream ID) identifie le compteur auprès du PDC. Avec l'envoi automatique activé, la trame de configuration (type 1 ou 2) est en outre renvoyée toutes les 1 à 3600 s (60 s par défaut), et toute modification de configuration lève l'indicateur correspondant et relance la transmission.
Applications
- Vision étendue du réseau : l'exploitant voit tension, courant et fréquence en de nombreux points sur une même base de temps, avec un détail dynamique que le SCADA n'offre pas ; les données peuvent alimenter le système de gestion de l'énergie (EMS).
- Alerte précoce d'instabilité : un écart angulaire croissant ou un alternateur qui accélère après le déclenchement d'une ligne est détecté avant que le problème ne s'aggrave.
- Détection des oscillations : les oscillations interzones à basse fréquence sont identifiées, localisées et classées à partir du flux de phaseurs.
- Détection d'îlotage et reprise : la comparaison de phase et de fréquence montre quand un producteur décentralisé alimente une zone îlotée et aide à la resynchroniser après une tempête ou une panne majeure.
- Localisation de défauts : les phaseurs de classe P relevés aux extrémités d'une ligne permettent une localisation à deux ou trois extrémités.
- Analyse a posteriori et validation de modèles : les enregistrements alignés dans le temps expliquent les perturbations et valident les modèles de réseau utilisés pour la planification à long terme.
- Points de contrainte : repérer où le réseau de transport fonctionne au plus près de ses limites, pour lever les congestions.
Un appareil, trois fonctions
La PMU partage le matériel avec la métrologie et le moteur de qualité d'onde du compteur : le même raccordement aux transformateurs de tension et de courant sert à la facturation, à la qualité de fourniture et aux synchrophaseurs.
| Fonction | Capacité clé |
|---|---|
| Comptage de facturation | Précision de 0,06 % en énergie ; auto-étalonnage Constant Calibration™ toutes les 10 s |
| Qualité d'onde | IEC 61000-4-30 Classe A Éd. 3 ; flicker IEC 61000-4-15 et harmoniques IEC 61000-4-7 Classe A ; IEC 62586-2 PQI-A ; capture des transitoires à 50 MHz ; rapports EN 50160 ; jusqu'à 4 Go de mémoire |
| PMU | IEEE C37.118.1-2011/.1a-2014 classes P et M ; transmission C37.118.2 ; IRIG-B ou PTPv2 |
| Communications | Jusqu'à six ports, dont double Ethernet (RJ45 ou fibre 100Base-FX) ; Modbus, DNP3, IEC 61850 avec GOOSE, SNMP |
| Cybersécurité | Resilient Cyber Security™ : firmware signé 512 bits, AES 128 bits pour les identifiants, huit rôles configurables, commutateurs de scellement physiques |
Pour les postes, les cogénérations et les producteurs indépendants, cela représente une seule découpe de tableau, un seul câblage et une seule configuration de cybersécurité, au lieu d'un compteur, d'un analyseur de qualité d'onde et d'une PMU séparés.
Configuration de la PMU
- Choisir la source de temps dans General Settings › Time Settings : IRIG-B ou IEEE 1588 PTP (compteur en esclave, liste des horloges maîtres, cadence des requêtes de délai).
- Activer les synchrophaseurs dans General Settings › Communications › Advanced Settings : affecter la PMU à la carte Ethernet 1 ou 2, choisir la classe P ou M, les ports, le mode de destination UDP et l'envoi automatique.
- Fixer la fréquence nominale, 50 ou 60 Hz, qui détermine les cadences disponibles.
- Régler les paramètres de la PMU dans Tools › Phasor Measurement Settings : Data Stream ID (1–65534, unique dans le système), types de données, forme polaire ou rectangulaire, cadence, groupes de données et noms des canaux.
Les étapes 1 à 3 modifient le profil de l'appareil et redémarrent le compteur ; l'étape 4 se modifie à chaud, sans redémarrage. Le même écran affiche l'état de la PMU, de la synchronisation et de l'envoi automatique, et signale les erreurs comme l'absence de source de temps. Après une mise à jour du firmware de la V15 à la V20, chargez les valeurs d'usine dans cet écran avant toute modification. La configuration se fait avec le logiciel CommunicatorPQA® 5.0.68 ou ultérieur.
Le Nexus 1500+ transforme un point de comptage en source de synchrophaseurs conforme aux normes, sans matériel supplémentaire. Pour qui a déjà besoin d'un comptage de facturation et d'une qualité d'onde Classe A dans un poste ou à un point de raccordement, la PMU intégrée apporte une vision étendue, une analyse plus rapide des perturbations et de meilleurs modèles de réseau pour un coût marginal.