Rapport Système SCADA-EMS

DIERCTION CENTRALE DE RESEAUX DE TRANSPORT D’ELECTRICITE

Direction de Pilotage de Système Electrique Système SCADA/EMS Objectifs du rapport : - Présentation du système informatique de conduite du réseau ProductionTransport Electricité « SCADA/EMS ». - Définition de la configuration matérielle et logicielle du système SCADA/EMS. - Définition de rôle des applications PAS. Pièces Jointes : Réalisé par : TRABELSI Hajer

Système SCADA/EMS

Liste des abréviations :

SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition Data EMS : Energy Management System PAS : Power Application System CNME : Centre National de Mouvements d’Energie RTU : Remote Terminal Unit CCN : Centre de Conduite Nord CCS : Centre de Conduite Sud DTS : Dispatching Training Simulator RTNET : Real Time Network RTCA : Real Time Contingency Analysis RTSCT : Real Time Short Circuit Analysis OPF : Optimal Power Flow RTGEN : Real Time Generation STNET : Study Network AGC : Automatic Generation Control ED : Economic Dispatch LF : Load Forecast RSC: Ressources Scheduling Commitment

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Système SCADA/EMS 1. Présentation du système SCADA : SCADA « Supervisory Control And Data Acquisition Data » est le système de télégestion à grande échelle permettant de traiter en temps réel un grand nombre de télémesures et de contrôler à distance des installations techniques. C’est une technologie industrielle dans le domaine de l’instrumentation, dont les implémentations peuvent être considérées comme des frameworks d’instrumentation incluant une couche de type middleware. On trouve par exemple les systèmes SCADA dans les contextes suivants : 

Surveillance de processus industriels



Transport de produits chimiques



Réseaux municipaux d’approvisionnement en eau



Commande de la production d’énergie électrique



Canalisations de gaz et de pétrole



Réseaux de chaleur



Recherche et études scientifiques et industrielles

Le système SCADA comporte du matériel, des contrôleurs, des réseaux et communications, une base de données, un logiciel de gestion d’entrées-sorties et une interface homme-machine. Le système SCADA est utilisé comme un outil de sécurité de consignation d’appareil électrique, est généralement composé des sous-systèmes suivants :  Une interface homme-machine qui présente les données à un opérateur humain et qui lui permet de superviser et commander les processus.  Un système de supervision et contrôle informatique, faisant l’acquisition des données des processus et envoyant des commandes (consignes) aux processus.  Une unité terminante distante (RTU) reliant les capteurs convertissant les signaux en flux de données numériques au système de supervision.  Des automates programmables industriels utilisés sur le terrain pour leur flexibilité et leur capacité d’être configurables.  Une infrastructure de communication reliant le système de supervision et contrôle aux éléments terminaux.

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Système SCADA/EMS 1.1. Architecture générale du système de conduite SCADA/EMS de la STEG : Le système électrique de la STEG est piloté continuellement à différents niveaux par des centres de conduite en utilisant un système informatique de conduite appelé SCADA/EMS, qui fournit à temps réel et à chaque instant l’état du réseau de transport, à l’aide d’un ensemble de programmes bien définis, l’opérateur peut prendre la bonne décision concernant tout ouvrage à exécuter sur le réseau électrique. Le système SCADA permet de :  Fournir à l'opérateur les fonctions SCADA de surveillance, de supervision et de contrôle en temps réel des ouvrages du réseau électrique.  Fournir des fonctions avancées PAS en temps réel et en étude de planification, d’analyse du réseau et de gestion de la production.  S’interfacer avec les postes asservis (RTUs) au moyen du protocole de communication standard (IEC870-5-101) et avec d’autres centres de conduite (centres régionaux, dispatchings des pays voisins, BCCs, dispatching Gaz,..) au moyen du protocole de communication IEC870-6 (ICCP).  Fournir un environnement de simulation DTS pour l’utilisation du SCADA et des fonctions avancées PAS. Le système de conduite SCADA/EMS est composé de deux centres de conduite Nord et Sud (CCN et CCS). Chaque centre dispose d’un site Local principal et d’un autre site déporté. Le Centre de Conduite Nord : le site local principal est à Radés et le site Déporté est à Naassène. Le Centre de Conduite Sud : le site local principal est à Bouchemaa et le site Déporté est à Ghannouch. En effet, ces centres sont desservis par des systèmes informatiques qui rapatrient les informations mesurées sur le réseau (télémesures et télé informations) à travers un système de téléconduite (postes asservis et frontaux de communications) et un réseau privé de télétransmission (fibre optique et CPL). La figure ci-dessous présente l’architecture globale du système SCADA/EMS.

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Système SCADA/EMS

Architecture globale du système SCADA

2. Configuration matérielle du système SCADA : Le système de conduite SCADA regroupe l’ensemble de matériels (serveurs, postes opérateurs, routeurs, ...) nécessaire pour assurer l’acheminement de flux d’informations, relatives à des états logiques et à des grandeurs, entre les différents sites des centres de conduite Nord et Sud. La disposition matérielle de chaque centre est donnée par les figures suivantes.

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Système SCADA/EMS

Disposition matérielle du centre Nord

Disposition matérielle du centre Sud

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Système SCADA/EMS 2. Configuration logicielle du système SCADA : 2.1. Les applications SCADA/EMS : Le système de conduite SCADA dispose d’un ensemble d’applications appelées Applications SCADA qui sont développées sous la plateforme e-terra, ces applications sont utilisées par les opérateurs et analystes EMS pour planifier, contrôler, analyser et surveiller la génération et les échanges entre pays du système. Parmi les applications SCADA/EMS, on distingue :  E-terraplatform 2.3: est représentée comme étant une collection d’applications réparties en 3 sous-systèmes : 

Sous-système e-terrascada : regroupe les fonctions de base SCADA



Sous-système e-terratransmission : regroupe les applications réseaux



Sous-système e-terrageneration : regroupe les applications de production

 E-terracontrol 3.3.1: gère les communications avec les RTUs via le protocole de Type série : IEC 60870-5-101.  E-terracomm 2.3.1: gère les communications avec les sites distants en utilisant le protocole ICCP.  E-terraarchive 2.2 HIS : gère les archivages de données Habitat, à long terme, dans une base de données ORACLE.  E-terrasimulator 2.3 DTS : Simulateur d’entraînement  E-terracommit : est consacrée pour la gestion prévisionnelle de la production destinée à préparer les programmes de production des groupes, Planification grâce à une analyse des ressources de production. Optimise l’utilisation des groupes de production afin de minimiser le coût total d’exploitation.  Eurostag / Syscan (PSA 4.3) : Etude de la stabilité dynamique.

2.1. Les applications PAS « Power Application System » : Pour la gestion du réseau production-transport, les opérateurs des centres de conduite utilisent un ensemble d’applications PAS, qui offrent des fonctions avancées permettant de réaliser des études de sécurité et de stabilité prédictives ou en temps réel et offrent une aide à la décision dans le contrôle et la conduite afin d'optimiser les performances de la production et du réseau électrique tout en assurant sa sureté de fonctionnement. Les applications PAS sont utilisées afin de permettre, notamment :

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Système SCADA/EMS  L’optimisation des coûts dépensés et ce, en minimisant les coûts de productions (comprenant les coûts de combustibles et les coûts marginaux d’exploitation et de maintenance) et les coûts des émissions.  Le réglage automatique de la production.  L’optimisation de la répartition des charges.  La sécurité et la stabilité du réseau.  L’efficacité du suivi et du contrôle en temps réel du réseau de transport et des moyens de production.  La préparation des études et des prévisions. Les applications PAS sont composées de deux catégories d’applications qui fonctionnent selon des modes bien définies :  Les applications d’analyse réseau : 

Temps réel



Mode étude

 Les applications de gestion de la production 

Temps réel



En mode étude



Fonction de planification

A noter : Le mode « Temps réel » est utilisé par les opérateurs du Dispatching National (DN) et le mode « Etude » est utilisé par les ingénieurs des divisions : Etudes Techniques et Etudes Prévisionnelles du Centre National de Mouvement d’Energie (CNME). La gestion et la supervision en temps réel sont assurées par l'application « PROCMAN (PROCess MANager) », depuis l’écran principal, l’opérateur, peut vérifier l’état des différentes applications, et contrôler leur exécution. La gestion et la supervision des applications en étude sont assurées directement par l'opérateur. Le tableau suivant présente le rôle des différentes applications PAS selon les mode d’utilisation : mode temps réel et mode étude.

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Système SCADA/EMS Définition des applications PAS par mode d’utilisation Mode

Temps réel Utilisé par les opérateurs du Dispatching National (DN)

Applications PAS

Etat de fonctionnement

 RTNET (Real Time Network) : Analyse Réseau en Temps Réel Rôle : - Déterminer l’état topologique du réseau - Estimer l’état la plus probable du réseau (l’estimateur d’état) - Prévision des charges nodales (prévision des consommations aux nœuds (MW et MVAR) de la partie du réseau non observable par l’estimateur d’état en temps réel - Calcul des sensibilités des pertes du réseau

Fonctionnelle

 RTCA (Real Time Contingency Analysis): Analyse de Contingences ou sécurité en Temps Réel Rôle : - Analyser les contingences prédéfinies dans la base de données en déterminant leurs degrés de sévérité (émission d’alarmes en cas de violation)

Fonctionnelle

 RTSCT (Real Time Short Circuit Analysis): Analyse de Court-Circuit en Temps Réel Rôle : - Déterminer les courants de court-circuit et des tensions résultantes des incidents sur le réseau en émettant des alarmes en cas de dépassement des valeurs des pouvoirs de coupure des disjoncteurs.

Fonctionnelle

 OPF (Optimal Power Flow) : Répartition des Charges Optimisée en Temps Réel Rôle : - Répartition des charges optimisée en temps réel. - Détermination des recommandations portant sur les variables de commande du réseau, afin de minimiser une fonction objectif tout en respectant un ensemble de contraintes :

Fonctionnelle

OPF= Fonction objectif + Contraintes + Commandes  Fonction objectif : est le critère à minimiser par le processus optimisation, réduire le coût de production en minimisant la somme des coûts du combustible pour toutes les unités.  Contraintes : sont les limites physiques ou de

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

fonctionnement qui doivent être respectées par OPF (position de plots de transformateurs, échange de puissance...) Commandes : sont les dispositifs ou variables contrôlables physiquement pour lesquels OPF définit des positions optimales de production P (MW) et Q (MVAR), des plots de transformateurs, des connexions des condensateurs et des inductances, de l’échange de puissance active entre les zones d’exploitation.

Non  SYSCAN : Analyse de la Stabilité Dynamique Fonctionnelle Rôle :  Nécessité de mise à jour de - Permet d’évaluer le niveau de stabilité maximal du réseau la base de essentiellement dans des cas d’incidents. données (modèle dynamique et nouvelles centrales)  RTGEN (Real Time Generation): Analyse de la Production en Temps Réel Rôle : - Surveiller, analyser et commander la production en temps réel dans une ou plusieurs zones de commande. - Allouer et distribuer d’une manière économique la production pour satisfaire les demandes de puissance. - Estimer les coûts de production de la production courante - Alimenter ou demander la régulation de l’AGC. 

Les applications principales de la gestion de la production RTGEN sont les suivantes :

 AGC (Automatic Generation Control): Contrôle Automatique de la Production Rôle : - Réglage automatique de la production (au niveau des centrales de production) - Assurer la régulation de la fréquence et de l’échange net avec les pays voisins.  Le but principal de l’AGC est d’ajuster la production pour répondre aux variations de la charge de la zone et aux échanges et pour ramener la fréquence à sa valeur initiale.

Fonctionnelle, sauf pour LF est bloquée

 ED (Economic Dispatch): Dispatching Economique Rôle : - Permet de déterminer les points de base économique

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

pour un ensemble d’unités sélectionné tout en minimisant les coûts de production. Le Dispatching économique est intégré sous 2 formes : • Le dispatching économique de contrôle DEC : qui constitue le contrôle et l’optimisation des coûts des groupes sous AGC. •

Le dispatching économique de conseil DEA : qui constitue un outil d’aide à la décision pour la bonne gestion du reste du parc non soumis sous AGC.

 LF (Load Forecast): prévision de la courbe de charge Rôle : - Permet d’établir un modèle de la courbe de charge tout en se basant sur l’historique et les prévisions de la température.  Surveillance des performances: surveiller le fonctionnement de l’AGC selon les critères NERC.  Calcul des réserves: fournir un moyen de surveillance automatique des réserves. Les valeurs calculées sont affichées dans l’interface de l’AGC.  STNET (Study Network): Analyse réseau en mode étude Rôle : - Pour l’analyse du réseau en mode étude, STNET récupère de RTNET une copie de la base de données en temps réel. Mode étude Utilisé par les ingénieurs des Divisions Etudes Techniques et Etudes prévisionnelles au CNME

 STGEN : Analyse de la production en mode étude Rôle : - Pour les calculs de production en mode étude, STEGN récupère de RTGEN une copie de la base de données en temps réel.

 EUROSTAG : Etude de la stabilité statique

Fonctionnelle

Fonctionnelle

Non Fonctionnelle  Nécessité de mise à jour de la base de données (modèle dynamique et nouvelles centrales)

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Système SCADA/EMS  RSC (Ressources Scheduling Commitment): Placement des moyens de production Rôle : - Pour les calculs de programmation de production, RSC récupère une copie de la base de données et détermine les programmes de démarrage des groupes de production.

Fonctionnelle

A noter : Les différentes applications PAS décrites ci-dessus nécessitent une bonne maitrise pour assurer la bonne conduite du réseau production-transport. La procédure de chaque application s’apprend avec le temps et avec la pratique et ça permet de mieux comprendre la fonctionnalité de chaque application.

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