Modélisation du réseau basse tension dans la bande de fréquence utilisée par les courants porteurs en ligne en bande étroite

Modeling of low voltage distribution grids in the frequency band used for narrow band power line communication

• Auteur / Autrice : Arbia Haded
• Direction : Dominique Picard, Mohammed Serhir, Cédric Lavenu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 24/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Moeyaert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Dégardin, Jean-Charles Le Bunetel, Lionel Pichon, Abdallah Touil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Dégardin, Jean-Charles Le Bunetel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Signal, Théorie du (télécommunications)

Réseaux électriques (énergie)

Courants porteurs en ligne (informatique)

Mots clés libres

Courants Porteurs en Ligne (CPL)

Réseau électrique basse tension

Lignes de transmission couplées

Bibliothèque de modèles des composants

Propagation des signaux

Cosimulation

Fonctions de transfert

Standard FMI

Powerline communication (PLC)

Low voltage electrical network

Coupled transmission lines

Component models library

Signal propagation

Cosimulation

Transfer functions

FMI standard

Résumé

Les CPL sont la technologie retenue pour le développement des systèmes de comptage intelligent en France. Disposer d’outils pour représenter ces systèmes est nécessaire pour identifier les problématiques liées à la propagation des signaux CPL sur les réseaux électriques. Cela nécessite de développer le jumeau numérique d’un système CPL complet réalisant la simulation conjointe du réseau électrique basse tension (BT) et la pile protocolaire CPL dans la gamme de fréquences de 9 à 500 kHz.L’objectif de cette thèse est de développer un outil de calcul de la propagation des signaux CPL sur les réseaux BT.Une bibliothèque de modèles représentant les composants du réseau électrique (câbles, installations clients, générateurs…) dans les fréquences de 9 à 500 kHz est construite selon une approche déterministe.La méthode de calculs développée assemble ces modèles individuels pour représenter les topologies complexes des réseaux BT, puis réalise les calculs de propagation des signaux CPL entre n’importe quelle paire de nœuds émetteur et récepteur.Son implémentation a été validée en comparant les fonctions de transferts calculées avec celles obtenues par deux approches concurrentes ainsi qu’avec des mesures réalisées en laboratoire dans des conditions identiques. Notre simulateur électrique a ensuite été intégré dans la cosimulation d’un système CPL complet.Grâce à ces travaux, les résultats déterminés par le simulateur électrique sont interprétables par un simulateur télécom mettant en œuvre un modèle de la pile protocolaire CPL G3 complète.

PLC is the technology adopted for the smart metering systems being deployed in France. Tools modeling PLC systems are required to identify the issues related to the propagation of PLC signals on electrical networks.This requires the development of a numerical model of a complete PLC system that simulates both the low-voltage (LV) electrical network and the PLC protocol stack in the frequency range from 9 to 500 kHz.This thesis aims to develop a calculation tool determining the propagation of PLC signals on LV grids.A model library representing all electrical grid components (cables, customer installations, generators...) in the 9 to 500 kHz frequency range is built following a deterministic approach. The calculation method developed assembles these individual models to create LV network topologies and performs then propagation calculations of PLC signals between any pair of transmitter and receiver nodes.Its implementation has been validated by comparing the computed transfer functions against those obtained by two competing approaches as well as with laboratory measurements performed under identical conditions.Our electrical simulator is then integrated into the co-simulation of a complete PLC system.Thanks to this work, the results obtained by the electrical simulator can be interpreted by a telecom simulator implementing a model of the complete G3 PLC protocol stack.