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EP2839565A2 - Systeme de gestion de la consommation d'energie et procede correspondant - Google Patents

Systeme de gestion de la consommation d'energie et procede correspondant

Info

Publication number
EP2839565A2
EP2839565A2 EP13715711.1A EP13715711A EP2839565A2 EP 2839565 A2 EP2839565 A2 EP 2839565A2 EP 13715711 A EP13715711 A EP 13715711A EP 2839565 A2 EP2839565 A2 EP 2839565A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving
units
receiver
unit
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13715711.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric François VILLAIN
Valérie Christèle LEBON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2839565A2 publication Critical patent/EP2839565A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
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    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/126—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wireless data transmission

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy consumption management.
  • Management systems aimed at balancing energy supply and demand are used by various network users, whether individuals, professionals, businesses, communities, power utilities or energy producers.
  • the present invention relates more particularly to the management of the electrical energy consumption implementing a "diffuse erasure" solution.
  • energy consumption varies daily depending on the activity of the site. For example, the consumption of a particular household is greater during the day than at night because of the activity of these occupants, and has a peak for a period of 16h to 20h.
  • the consumption evolves according to the climatic conditions and external factors like for example the cold (heating) or the heat wave (air conditioning).
  • This constant adjustment exercise notably makes it possible to avoid a generalized blackout.
  • this exercise is even more complex when a peak consumption occurs, for example a sudden increase of 50% in two hours, while the activation of a power generation unit (for example a nuclear power plant ) or the routing of this energy in a region far from the point of production requires several days.
  • the operator of an energy network has two types of solution.
  • the first type of solution consists, for example, in increasing the production of electrical energy by modifying the flow rate of a dam or by activating auxiliary production units whose maintenance and operation are expensive.
  • this solution does not make up for a strong and especially brutal increase in energy demand.
  • the second type of solution consists of regulating consumption by reducing the consumption of a multitude of "small” devices during a short time.
  • the sum of these sporadic load shedding allows these devices to be temporarily “erased” from the energy consumers and thus to absorb the peak of consumption, so-called “diffuse” erasure.
  • This diffuse erasure thus makes it possible to erase from the power consumption a large quantity of appliances corresponding to "small" electrical consumers, and thereby to have a diffuse absorption of the peak of consumption while allowing the owner of the appliances as well as erased from achieving energy savings embodied in a financial economy.
  • a bidirectional communication system establishes two-way communication channels (represented by direct double arrows) or indirectly between the control and control system comprising a transmission unit 10 and distribution 11 of the operator of the energy network 12 and the measurement and / or control units located in the premises of the end user 18 , in order to balance the demand of the user (home of an individual 180, commercial customer 181 or industrial customer 182) with the offer produced by different production and routing units (13 to 16).
  • this energy network at the residential level is also represented in FIG. 2.
  • the interaction with the energy network is for example carried out by means of bidirectional communication (not represented) between a point access 21 which communicates bidirectionally with the different appliances 200 of the home whose momentary attempt to reduce or cancel the consumption.
  • such an access point 21 corresponds, for example, to a box installed on a switchboard that distributes the energy conveyed in particular through a concentrator 22 corresponding to a local management server of a plurality of points. access 21.
  • This erasure approach can also use "smart” energy meters (24, 25) (or “smart meters” in English), for example for measuring electrical parameters 24 or else hydraulic or gaseous 25 by means of new energy technologies.
  • information and communication such as computer or telecommunication techniques (Bluetooth®, WiFi, ...)).
  • the use of such counters aims in terms to create a future so-called “smart grid” (or “smart grid” in English) to locally represent each contributor to diffuse erasure.
  • each meter measures in real time the electricity consumption of several sets of electrical equipment to be controlled, located on the premises of a consumer, then transmits it to a central server (not shown) by means of existing communication links 23 such as a wired connection (ADSL, etc.) or a wireless connection (GPRS / DECT / WiFi ).
  • the server (local or remote) on receipt of this information communicates in a so-called downlink path of the regulation instructions to the access point which echoes the desired regulation and communicates back on a so-called rising channel the new measured parameters.
  • patent application US2006 / 0259199 describes a management of energy consumption such as electrical energy, gas, thermal energy and running water.
  • This document proposes in particular a bidirectional network in which the downlink communication channel connecting the operator of the electrical network and a user equipment whose consumption is to be reduced if necessary, is a radio link of a commercial broadcasting supplier. transmitting signals of the RDS / BRD type, or according to DAB technologies or Internet technologies.
  • the upstream channel of the system described in this application corresponds to the conventional link used for the automatic reading of electric meters, implementing an existing transmission protocol compatible with Internet technologies.
  • the main criteria for evaluating an energy consumption management system are its energy efficiency and the cost of installing and using it.
  • the major disadvantage of the aforementioned systems lies in the fact that the data traffic exchanged on both the up and down channels is consistent and continuous in order to react dynamically to peak consumption.
  • This aspect may in particular cause the consumer to refuse to set up such a system.
  • the inventors have also not identified an already existing simple solution allowing, in addition to the unloading, a monitoring and a signaling of the collapse of the voltage and the collapse of the frequency, phenomena which are however directly precursors large-scale incidents resulting in widespread blackouts.
  • the invention does not pose these disadvantages of the prior art. More particularly, the invention relates to a system for managing energy consumption. According to the invention, such a system comprises:
  • each unit of said plurality of receiver units comprising means for connection to a dedicated supply load, and means for receiving at least one activation / deactivation command of said power supply, emitted by said broadcasting means;
  • At least one Advanced Receiving Unit comprising:
  • said plurality of forward receiver units including means for transmitting said recorded data.
  • the invention is therefore an improvement of the existing systems of diffuse erasure because it does not use bidirectional communication, and its cost is lower. Its high energy efficiency also makes it possible to control and manage a multitude of loads other than those traditionally controlled by existing erasing devices.
  • the URAs in turn make it possible to report any erasure operation on demand because it represents a group of receiving units comprising at least one URA and a unidirectional UOR.
  • the number of upstream channels is multiplied because a single URA retransmits it if necessary, that is to say only on demand and not continuously as performed according to the art. previous, the erasure / reactivation operations performed on all the feedstock of the group to which it belongs.
  • the statistical model Associate also makes it possible to mitigate the management problems by statistically optimizing the diffuse clearing commands.
  • said power supply on / off control diffusion means transmit said commands in FM-RDS radio signals or television signals of the VHF / UHF bands at a predetermined frequency.
  • said broadcasting means comprise means for encrypting said commands for activating / deactivating feedstocks, and said forward receiving or accepting units comprise a plurality of feedstocks. hi ffr em e nt of the esco mm an d of the activation / deactivation of feedstocks.
  • the power consumption management system is secured by using, for example, the 128-bit AES algorithm.
  • said power supply activation / deactivation control diffusion means further comprise a module for statistical management of said power loads.
  • the statistical management module can dynamically create any kind of group.
  • Their elements can be created according to the choice and interest of the user according to various criteria.
  • a group A includes all the units of power> Y in a geographical location X.
  • a group can also be constituted by the sum of two other distinct groups.
  • Group D includes Group A and Group C.
  • Commands can also be addressed to one or more groups by an AND or logical OR. For example: Clear command to group A and group C or group D.
  • a receiving unit of said plurality of receiver units may be assigned to more than one group of receiver units.
  • said advanced receiver units furthermore comprise means for controlling the stability of an energy network belonging to the group comprising:
  • said advanced receiver units furthermore comprise a synchronization module comprising at least one of the means belonging to the group:
  • a broadcast signal consisting of a particular RDS frame train may be used to provide the timing necessary for all the URAs.
  • the RDS driver which is very stable can be extracted from the receiver side and used as a global time reference (FM transmitters use a base frequency called 19 kHz precise frequency pilot signal for the generation of an RDS signal).
  • the RDS decoding process could also be used for synchronization: After decoding each RDS block, the device generates an interrupt signal to the embedded operating system (OS). The frequency of this interruption is also stable and can be used for synchronization of the receiving unit.
  • OS embedded operating system
  • an advanced receiving unit comprises means for reissuing control of activation / deactivation of a supply load connected to a receiving unit of the group of receiving units to which it belongs, to said connected receiving unit. to said load.
  • the receiving unit targeted by said command fails to receive said command, for example because of its location, for example a receiving unit dedicated to an apparatus located in a basement. having an RDS (or other weak) reception level.
  • This re-transmission makes it possible to bring the transmitter closer to the order and thus to improve the reception of the latter. This is because of the proximity between the underground UR and the URA which is at a much shorter distance compared to the means of order distribution which can for example be remote when considering a national control center. .
  • said recorded data are transmitted by the advanced receiving unit on request of said command broadcasting means and use:
  • a rising path belonging to the group comprising:
  • the invention also relates to a method for managing energy consumption. According to the invention, such a method comprises:
  • each unit of said plurality of receiving units being connected to a dedicated supply load, and being able to receive at least one control activating / deactivating said feedstock;
  • At least one reception step implemented by at least one advanced receiving unit (ARU), said advanced receiving unit, implementing at least one step: receiving at least one activation / deactivation command of a feedstock, and
  • ARU advanced receiving unit
  • a plurality of power supply on / off steps implemented by a plurality of receiver units (UR) and a plurality of forward receiver units (URA);
  • said power consumption management method further comprises a step of initializing said plurality of receiver units and said plurality of advanced receiver units implementing a unique identification of each unit by association with the characteristic of the dedicated load to which said unit is connected.
  • the invention also relates to a computer program. According to the invention it comprises program code instructions for the implementation of the energy consumption management method as described, when the program is executed by a processor.
  • FIG. 1 already described in relation with the prior art, illustrates an "intelligent" energy network
  • FIG. 2 already described in relation with the prior art, illustrates the detail of the residential level of the "intelligent" energy network represented by FIG. 1;
  • FIG. 3 corresponds to a logical representation of a power management system of the invention
  • FIG. 4 illustrates more precisely the exchanges made between the control diffusion means and a group of receiver units
  • FIG. 5 illustrates the compact form of a receiver unit according to the invention
  • FIG. 6 illustrates the energy consumption management method according to the invention.
  • the invention proposes to efficiently and simply implement an optimized diffuse erasure by using an energy consumption management system comprising a plurality of receiver units, each connected to a de-energized feedstock, and adapted to to receive at least a command for activating / deactivating this charge transmitted by broadcasting means.
  • each receiving unit (UR) is unidirectionally connected to the command diffusion means, the invention makes it possible to dispense with the (re) rising channels of the prior art receiver units which reassembled the control tasks performed. .
  • the command broadcast means emit charge on / off commands on the downlink paths established with the receiving units. connected to a charge that we want to "erase", that is to say, we want to temporarily suspend energy consumption.
  • Reactivation of the "erased" load is then effected by transmitting to the receiving unit to which it is connected a simple activation command of this load.
  • the invention minimizes the operating energy of each receiving unit because it receives only and punctually the orders of the control broadcast means.
  • the system according to the invention further comprises a plurality of advanced receiving units.
  • an advanced receiving unit Unlike a receiving unit, an advanced receiving unit (URA), besides being able to receive the activation and deactivation commands of the load to which it is connected, is also able to record commands.
  • activation / deactivation of feeds received by a group of receiving units comprising at least one receiving unit ("unidirectional") and an advanced receiving unit.
  • an advanced receiving unit is able to record the activation / deactivation commands of the load to which it is directly connected but also to record the activation / deactivation commands of the group of receiving units to which it belongs.
  • This advanced receiving unit thus serves as a "deletion" log of the group of receiving units to which it belongs, and can, upon request from the command broadcasting means, transmit the data it has in memory (logs or traces for example).
  • a system comprising receiving units and advanced receiving units therefore makes it possible to multiply the charges to be erased because a receiving unit ("basic") is inexpensive to implement by its unidirectional character while controlling the entire erasure diffuse because the advanced receiving unit is able to account for the erase / activate operations of the group of receiving units to which it belongs.
  • a receiving unit (“basic") is inexpensive to implement by its unidirectional character while controlling the entire erasure diffuse because the advanced receiving unit is able to account for the erase / activate operations of the group of receiving units to which it belongs.
  • the energy consumption management system comprises activation / deactivation control diffusion means 31 for controlling the diffuse deletion of an organized energy network in the form of logical groups 32, 33, 34. each corresponding to a logical set of charges to be erased.
  • each logical group comprises a set of receiver units, for example UR1, UR2 for a first logical group 32, UR3, UR4 and UR5 for a second logical group 33, and UR6, UR7 and UR8 for a third logical group.
  • Each of these receiving units are said to be "basic" because they are simply each connected to a dedicated power supply, for example UR1 is connected to C1, and able to receive at least one activation / deactivation command from the power supply. power supply, emitted by the broadcasting means 31.
  • each logical group comprises at least one advanced reception unit URA1, URA2, URA3 whose role, in addition to that of a "basic" receiver unit such as that of the reception units UR described above, is to list and, if necessary, to transmit a report of the activation / deactivation operations, in other words of the erasure performed within the group in question.
  • a group can be formed for a given residence or dwelling, for a neighborhood, a city, a department, a region, etc.
  • the group structure is determined according to the needs of the energy operator and according to circumstances. Indeed, as described below, the group structure is polymorphous and scalable.
  • each logical group can be a room.
  • the first group 32 corresponds, for example, to all the receiver units connected to the feedstocks of a water room (for example a towel heater Cl and a separate electric radiator C2)
  • the second group 33 corresponds to appliances in a utility room or utility room such as a C3 family refrigerator-freezer, a C4 electric heater and a washing machine C5
  • the third group 34 comprises for example an electric hob, a Cl oven, and a C8 dishwasher.
  • a receiving unit can belong to several logical groups.
  • the receiving unit UR5 connected to the load C5 belongs to both the second logical group 33 and the third logical group 34.
  • the advantage of this type of distribution makes it possible, for example, to mix a group logic establishes according to the room where the electrical appliance is located and a logical group including inactive appliances outside certain time slots, for example the hours of presence of the occupants of a residence.
  • the segmentation of an electrical installation of an energy consuming site can also be applied to different sectors of a company's activities by differentiating, for example, a "branch” production, which assumes a constant electrical need if the company operates for example continuously according to the "three-eight", and a "branch” tertiary whose night activity is less in terms of daytime activity.
  • the present invention offers multiple possibilities for adapting the mesh of the energy network considered. Indeed, as just mentioned, it is both possible to implement as many "basic" receiver units as there are consumers of the energy considered, such as electricity in this example, and on the contrary it is possible to erase a so-called “global" load corresponding to the concatenation of a set of charges of lower values. For example, on a production site, it may be desirable to proceed with the diffuse erasure of a set of machines when their operators are for example at the same time on a lunch break and as a result they are not used for a certain period of time. time.
  • the invention thus allows an "intelligent" and optimized use of the notion of logical group.
  • the logical structure of the elements of the energy consumption management system according to the invention allows a dynamic reconfiguration of the energy network according to the needs and priorities of the energy operator, especially in case of emergency, or to the opposite of the consumer when it also seeks to reduce its own energy consumption in a diffuse manner.
  • the power supply activation / deactivation control diffusion means comprise a statistical management module 310 of the feedstocks.
  • Such a module implements a statistical modeling of the erasure performed.
  • the large number of receiver units making it possible to optimize and considerably reduce the current demand peaks on the network, and the uncertainty of their access condition, it would be very expensive to build a network.
  • the direct connection of each receiving unit as previously mentioned with regard to the prior art.
  • the impact of energy demand and the subsequent regulation are calculated on the basis of a statistical mathematical model.
  • the inventors have determined that a statistical model makes it possible to ensure the control of diffuse erasure by guaranteeing responsiveness and a moderate implementation cost.
  • the statistical model implemented by the statistical management module of the invention is based on predictive functions constructed from historical data and a learning process. During this learning process, quantitative relationships between the target variables (variables that must be predicted, for example, the number of successful deletions) and the predictor variables are determined from the historical data collected.
  • the system according to the invention comprises the units advanced receivers (URA1, URA2, URA3) implementing additional functionalities with regard to so-called basic receiver units (UR1 to UR8). More precisely, the statistical model implemented according to the invention makes it possible to ensure two distinct functions within the system, namely:
  • the statistical model according to the invention makes it possible to optimize the topology and the mode of transmission in order to ensure the good reception of the messages in the absence of uplink for each receiving unit " basic "confirming the execution of the order.
  • a probabilistic approach is implemented, allowing for example to determine the number of necessary repetitions of an RDS frame, containing the commands for activation / deactivation of feedstocks emitted by the broadcasting means or containing the recorded data transmitted by the advanced receiving units, to ensure reception to a receiver or receivers (command broadcast means, "basic" receiver units, advanced receiver unit) located in a given geographical location.
  • each receiver command broadcast means, "basic” receiver units, advanced receiver unit
  • a reception probability taking into account various parameters.
  • the initialization of the statistical model corresponds to a previously known statistical model, used for the modeling of the radio waves, and more particularly adapted for the FM band.
  • modelizations are for example selected according to parameters predetermined by the energy operator such as the coverage distance of the radio signal and the uniformity of the environment in which this wave propagates. Some models are indeed more suitable for large cells and others for smaller cells.
  • the "Shadowing" model used in a preferential way, takes into account the random variation of the power as a function of the distance, because of the effects of propagation by multiple paths.
  • ⁇ the attenuation exponent as a function of distance, which is generally empirically determined by measurements in a real environment, and - odB, called in English "shadowing deviation", which is also obtained by measurements in real environment .
  • the receiver elements of the system are placed at locations previously determined by a first modeling.
  • the advanced receiving units return the recorded data of the group to which they belong on request (and / or according to a predetermined period).
  • the location in other words the modeling of the energy network, takes into account the data thus collected in an empirical way and will evolve dynamically according to these.
  • the collected information used for the calibration phase of the propagation model are for example:
  • Bit error rate the number of errors (Bit error rate) in each RDS group received after decoding
  • 'marking' may be provided by the advanced receiving unit by sending an RDS frame or by an on-board clock);
  • the "first" statistical data for estimating the diffuse erasing power are derived from the consumption information of the site.
  • each receiving unit is connected to a load whose electrical characteristics are known and stored in a database.
  • the modeling of the energy network can take into account different "hierarchies" of modeling.
  • a command distribution hierarchy is used, for example based on the existing broadcasting system, which can be of two types:
  • a plurality of regional activation / deactivation control broadcast means in other words a pyramidal control hierarchy.
  • FIG. 4 illustrates more precisely the exchanges made between the activation control broadcast means. / deactivation and a group of receiving units.
  • the advanced receiving unit 43 designed from the so-called "basic" receiver unit 42, furthermore has a data logger 4311 equipped with a real-time clock in order to precisely date and inform the erasing operations. diffuse implemented within the logical group of receiving units to which it belongs. The advanced receiving unit 43 thus records the information received and the command applied to the loads connected to each receiving unit composing the logical group in question.
  • the activation / deactivation command diffusion means comprise a statistical management module 401 of said feedstocks.
  • the power supply on / off control broadcast means transmit commands in FM-RDS signals 41 at a predetermined frequency used for radio applications or in VHF band signals. / UHF used for television applications.
  • the advantage is that the message thus broadcast is transmitted in a geographical location generally delimited by the power of the transmitter. Indeed, broadcast messages can be potentially intercepted only locally, that is to say within a geographical coverage of an FM transmitter, for example. In addition, this mode of FM broadcast is separated from the IP world, thus limiting the risk of a cyber-attack to steal personal information of the consumer.
  • the activation / deactivation command broadcast means also comprise means 402 for enabling / disabling power supply commands. So, unlike the prior art implementing bidirectional communications with each receiver unit connected to a feedstock, the invention aims to avoid revealing the habits of a user but also to avoid allowing an unwanted exploitation of the information collected .
  • the "one-way" communication 44 sent to the receiving units is secured by encryption which drastically limits the possibilities of subtilization of personal information of the consumer.
  • the FM (or even UHF / VHF) signal thus broadcast is a secure stream enabling the use of existing RDS / DAB frames, in particular Open Data Applications (ODA) frames. , secured by an encryption algorithm, for example the AES 128-bit algorithm, to prevent the malicious control of a receiving unit by malicious use of a message previously intercepted, recorded and rebroadcast.
  • ODA Open Data Applications
  • a receiver 420 for receiving the activation / deactivation commands transmitted by the control diffusing means 40, preferably it is a radio receiver (50), for example of the RDS type 76-
  • 108 MHz capable of receiving FM-RDS signals at a previously chosen frequency, such a receiver notably comprises an integrated FM antenna for a high sensitivity;
  • a unit 421 comprising a secure microcontroller with embedded software able to implement an algorithm for decrypting the received encrypted commands, for example a 128-bit AES type algorithm;
  • Figure 5 illustrates the advantageously compact form of this receiving unit whose length and width are respectively of the order of 67 and 55 mm.
  • this receiving unit whose length and width are respectively of the order of 67 and 55 mm.
  • Such compactness allows a direct integration of the receiving unit in large appliances to "erase” (air conditioning system, heating system, etc.), but also in light household appliances (chargers, docking stations for nomadic devices) or in a power outlet. Thus, it is possible to refine as much as desired the mesh of the energy network on which it is desired to apply the diffuse erasure.
  • FIG. 4 schematically illustrates a first portion 430 of the advanced receiving unit 43 comprising the same constituent elements as the receiving unit (UR) 42 previously described, namely:
  • a receiver 4302 for receiving the activation / deactivation commands transmitted by the control diffusing means 40, preferably it is a radio receiver for example of the type RDS 76-108 MHz capable of receiving FM signals; RDS at a previously chosen frequency, such a receiver notably comprises an integrated FM antenna for a high sensitivity,
  • a unit 4303 comprising a secure microcontroller with embedded software capable of implementing an algorithm for decrypting the received encrypted commands, for example a 128 bit AES type algorithm,
  • an integrated relay unit 4301 for example 10 A, for example applying an ON / OFF command by means of a switch 4300 in order to enable or disable the feedstock 47 to which the forward receiving unit 43 is connected.
  • the elements of the Advanced Receiving Unit 43 (URA) for implementing additional functionalities are schematically represented in a second part 431 and are as follows: a receiver-data recorder 4310 for receiving and recording received power supply on / off commands for a group of receiver units to which it belongs and the basic receiver unit described above, the receiver-receiver the recorder further comprises a real-time clock synchronized by the FM-RDS broadcast signal 41 transmitted by the control diffusion means 40,
  • transmission means 4312 able to transmit on request the recorded data, these means may for example correspond to a wireless Ethernet connection (WIFI, Bluetooth, Zigbee) or wired (for example by power lines),
  • WIFI wireless Ethernet connection
  • Bluetooth Bluetooth
  • Zigbee Zigbee
  • wired for example by power lines
  • the transmission means 4312 it is possible for the transmission means 4312 to also periodically transmit the recorded data, without request from the command broadcasting means, according to a period predetermined by the energy operator or another organization. According to another variant, it is also possible for the command broadcasting means periodically to issue a request for the return of the recorded data, according to a period predetermined by the energy operator.
  • the advanced receiving unit could also measure and record the amount of electric charge on which the action (ON, OFF, etc.) is applied.
  • the information recorded by the advanced receiving unit can be downloaded on demand and deferred to the control dispatching means for statistical processing by the statistical management module.
  • Different types of uplink implemented by the transmission means 412 can be used to transmit this information in order to create the historical data necessary for the statistical model such as a direct type uplink belonging to the group:
  • FIG. 4 represents a basic type receiving unit and an advanced receiving unit.
  • the number of advanced receiving units is much smaller than that of the basic type receiving units, in order to limit the cost of the installation. and maintenance of the complete system.
  • nine basic and one advanced only one uplink is implemented by the forward receiver unit representative of the logical group, whereas ten uplinks would have been necessary according to the prior art.
  • each forward receiving unit must be judiciously placed to collect information representative of a logical group defined according to a predetermined criterion.
  • the advanced receiving unit is therefore the receiving unit representing a logical group and records all the operations performed following commands received from the command broadcast means.
  • a first command 44 is sent to a basic receiving unit and a second command 45 to an advanced receiving unit
  • these two commands are, according to a first embodiment, recorded by the receiving unit. advanced.
  • a single command can quite well serve to activate / deactivate together a plurality of receiver units and an advanced receiver unit.
  • a single command can also be used to jointly enable / disable a plurality of groups of receiving units (each group comprising a plurality of receiving units and at least one advanced receiving unit).
  • the advanced receiving unit may also comprise command broadcasting means, so as to be able to reissue an activation / deactivation command of a feedstock. connected to a receiving unit of the group of receiving units to which it belongs, and to this receiving unit connected to said load.
  • command broadcasting means so as to be able to reissue an activation / deactivation command of a feedstock.
  • the radio reception level is low. This is for example the case if the load potentially targeted is isolated for example in a basement.
  • This variant therefore allows an advanced receiving unit to reissue the command to the isolated receiving unit to increase the transmission level and ensure good reception of this command by the receiving unit potentially targeted.
  • each receiving unit of "basic" type can at any time be addressed by its individual identification despite belonging to a group. It can also be removed from a group to which it has been previously assigned.
  • the ability to individually address a receiving unit can enable the creation of home automation service targeting a particular consumer in addition to demand management. For example, one can imagine an individual request to control the remote start of the heating of a specific house. According to this first embodiment, the advanced receiving unit therefore makes it possible to "trace" and prove the erasure operations that have been performed within a group. This application is for example of interest to an individual who wishes to keep a precise and detailed trace of the diffuse erasure realized within his residence in case of a possible dispute specific to his energy bill.
  • Broadcast signals generally have limited bandwidth and capacity, particularly for FM-RDS type signals. And if one targets a reactive fast response of the receiving units of a logical group to a command, the number of messages transmitted must be limited.
  • the concept of group is, according to this second embodiment used, for this purpose.
  • the implementation of a logical group according to the invention allows to share certain characteristics of the receiving units that compose it.
  • Such a pooling being for example created at the request of the energy operator wishing to acquire and implement the system according to the invention.
  • a given receiving unit can be assigned to one or more groups, depending on the needs of the operator of the energy network.
  • a message sent to a group will affect all of its members.
  • the number of RDS messages contained in the FM-RDS signals is therefore reduced and several receiver units having the group logical link (s) can be controlled with a single message.
  • one of the advantages of the invention lies in the ability to efficiently and continuously configure the groups that make up the system: according to the needs, a given UR can belong to a first group at a given moment and another group the next moment.
  • the frequency stability of energy networks is essential to maintaining the quality and security of the balance between supply and demand.
  • One solution to avoid any problem related to this break of equilibrium is to anticipate a possible failure by monitoring the instability of the frequency and by integrating a preventive dynamic control in some of the consumer devices.
  • the solution proposed according to the invention implements monitoring of the frequency of the energy network and allows, depending on the result of this monitoring, to put a device, connected to a receiving unit, on or off, in order to preserve the integrity of the energy network (and that of the device itself at the same time).
  • a device connected to a receiving unit, on or off
  • FIG. 4 illustrates for example that the advanced receiving unit comprises a unit for measuring the frequency of the electric current 431 1, and a unit for measuring the amplitude of the voltage of the electric current 4313, able respectively to the precise measurements of frequency deviations and harmonic content of the waveforms of the electric current on the one hand, and measurements of variation of the voltage amplitude as well as transient currents and voltages on the other hand.
  • a broadcast signal comprising a particular RDS frame train, the RDS driver which is very stable and which can be retrieved from the receiver side for use as a global time reference (FM transmitters for example use a frequency of base called the 19 kHz precise frequency pilot signal for the generation of an RDS signal), the RDS decoding process based on the fact that after the decoding of each RDS block, an interrupt signal is generated to the system operating system (OS) of the advanced receiving unit at a stable frequency.
  • OS system operating system
  • the choice of the synchronization method depends on the necessary precision and is determined by a compromise of parameters such as: overall cost, required accuracy, synchronization time, coverage, etc. These data are recorded by the URA in order to be transmitted, on request or not, to the control broadcast and / or network management means.
  • the synchronization of the different reception units with each other is based on the intrinsic characteristics of the RDS signal:
  • an RDS frame consisting of 124 bits can be considered as a time base of 21.894 us.
  • Each receiving unit also has a reference clock for the embedded processor (now 6 MHz Clockpro).
  • the principle is to constitute a 'virtual' clock and therefore a time base common to all receivers dependent on the same RDS transmitter or arranged in a predetermined geographical radius.
  • an initialization frame is transmitted and a time base of a virtual clock is created according to the granularity of the frequency of the onboard processor.
  • Such a method comprises:
  • a plurality of reception stages 621 implemented by a plurality of receiver units (UR), each unit 620 of the plurality of receiver units being connected to a dedicated supply load, and able to receive at least one control activating / deactivating said feedstock;
  • at least one receiving step 631 implemented by at least one advanced receiving unit (ARA), said forward receiving unit 630, implementing at least one step:
  • the method further comprises a step of initializing the plurality of receiving units and said plurality of forward receiving units implementing a unique identification of each unit by association with the characteristic of the dedicated load to which said unit is connected.
  • the unique identification of each unit is associated with the description of the targeted load of its characteristics (power, etc.).
  • These elements are stored in a database that is part of the device management system software. For example, the following settings can be saved: location, target load (device type, for example), estimated capacity for erasable power, when the load can be slowed down or turned off, and so on.

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Abstract

L'invention concerne un système de gestion de la consommation énergétique. Selon l'invention, un tel système comprend : - des moyens de diffusion (31, 40) de commandes d'activation/désactivation de charges; - une pluralité d'unités réceptrices (42), chaque unité de ladite pluralité d'unités réceptrices comprenant des moyens de connexion (422, 4200) à une charge (48), et des moyens de réception (420) d'au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge; - au moins une unité réceptrice avancée (43) comprenant: - des moyens de connexion (4300, 4301) à une charge dédiée, - des moyens de réception (4302) d'au moins une commande d'activation/désactivation, et - un récepteur-enregistreur (4310) de données permettant la réception et l'enregistrement de commandes d'activation/désactivation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient et comprenant au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices; ladite pluralité d'unités réceptrices avancées comprenant des moyens de transmission (4312) desdites données enregistrées.

Description

SYSTEME DE GESTION DE LA CONSOMMATION D'ENERGIE ET PROCEDE CORRESPONDANT.
1 DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine de la gestion de la consommation d'énergie.
Des systèmes de gestion visant à équilibrer l'offre et la demande d'énergie sont notamment utilisés par divers utilisateurs du réseau, qu'ils soient particuliers, professionnels, entreprises, collectivités, régies d'électricité ou producteurs d'énergie.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à la gestion de la consommation d'énergie électrique mettant en œuvre une solution « d'effacement diffus ».
2 ART ANTERIEUR
2.1 L'équilibre entre l'offre et la demande d'énergie
L'énergie et, en particulier l'électricité, n'est pas facilement stockable. En outre, la consommation énergétique d'un foyer, d'une société ou encore d'un site de production n'est pas constante.
En effet, la consommation énergétique varie quotidiennement en fonction de l'activité du site. Par exemple, la consommation d'un foyer particulier est plus importante le jour que la nuit du fait de l'activité de ces occupants, et présente notamment un pic pour une période de 16h à 20h.
De plus, la consommation évolue en fonction des conditions climatiques et de facteurs extérieurs comme par exemple le froid (chauffage) ou encore la canicule (climatisation).
En conséquence, il est nécessaire d'ajuster en permanence, notamment sur des temps caractéristiques inférieurs à la minute, l'offre et la demande d'énergie. Cet exercice d'ajustement constant permet notamment d'éviter une panne généralisée, couramment appelée « black out ». Cependant, cet exercice est d'autant plus complexe lorsqu'un pic de consommation intervient, par exemple une augmentation brutale de 50% en deux heures, alors que l'activation d'une unité de production d'énergie (par exemple une centrale nucléaire) ou encore l'acheminement de cette énergie dans une région éloignée du point de production requiert plusieurs jours.
Ainsi, lorsqu'un pic de consommation d'énergie rompt l'équilibre entre l'offre et la demande d'énergie, l'opérateur d'un réseau d'énergie dispose de deux types de solution. Le premier type de solution consiste par exemple, à augmenter la production d'énergie électrique en modifiant le débit d'un barrage ou en activant des unités de production d'appoint dont l'entretien et le fonctionnement sont onéreux. Cependant, du fait de son temps d'activation plus ou moins élevé, cette solution ne permet pas de pallier une forte et surtout brutale augmentation de la demande énergétique.
Le second type de solution consiste à réguler la consommation en diminuant pendant un cours laps de temps la consommation d'une multitude de « petits » dispositifs. La somme de ces délestages sporadiques permet « d'effacer » momentanément ces dispositifs des consommateurs d'énergie et donc d'absorber le pic de consommation, on parle alors d'effacement « diffus ».
Cet effacement diffus permet donc d'effacer de la consommation électrique une grande quantité d'appareils correspondant à des « petits » consommateurs électriques, et par là même occasion d'avoir une absorption diffuse du pic de consommation tout en permettant au propriétaire des appareils ainsi effacés de réaliser une économie d'énergie matérialisée par une économie financière.
Le type de solution d'effacement diffus présente donc au regard du premier type de solution plusieurs avantages et économiques:
optimisation de la consommation électrique du consommateur ;
- minimisation des coûts des systèmes de transport ou de distribution ;
- minimisation des coûts des systèmes de production énergétique du fait qu'il n'est plus nécessaire de disposer d'une capacité de génération surdimensionnée pour gérer les pics de consommation ;
- réduction des gaz à effet de serre et des effets polluants liés au dispositif traditionnel d'ajustement selon la première solution (centrales thermiques par exemple).
2.2 Les systèmes existants d'effacement diffus
La plupart des systèmes existants d'effacement diffus reposent sur des systèmes de communication bidirectionnels, où tous les acteurs de la chaîne énergétique (de la production à la consommation) sont reliés de manière bidirectionnelle entre eux à travers un réseau énergétique « intelligent » tel qu'illustré sur la Fig. 1.
Au regard de la figure 1, un système de communication bidirectionnel établit des voies de communication bidirectionnelles (représentées par des doubles flèches) directes ou indirectes entre le système de contrôle et de commande comprenant une unité de transmission 10 et de distribution 11 de l'opérateur du réseau d'énergie 12 et les unités de mesure et/ou de régulation situées dans les locaux de l'utilisateur final 18, afin d'équilibrer la demande de l'utilisateur (foyer d'un particulier 180, client commercial 181 ou client industriel 182) avec l'offre produite par différentes unités de production et d ' acheminement (13 à 16) .
Le détail de ce réseau énergétique au niveau résidentiel est par ailleurs représenté sur la figure 2. Au sein d'une résidence, l'interaction avec le réseau énergétique est par exemple réalisée au moyen d'une communication bidirectionnelle (non représentée) entre un point d'accès 21 qui communique de manière bidirectionnelle avec les différents appareils 200 du foyer dont on cherche à réduire ou annuler momentanément la consommation.
De manière classique, un tel point d'accès 21 correspond par exemple à un boîtier installé sur un tableau électrique qui répartit l'énergie acheminée notamment par le biais d'un concentrateur 22 correspondant à un serveur local de gestion d'une pluralité de point d'accès 21.
Cette approche d'effacement peut également utiliser des compteurs énergétiques dits « intelligents » (24, 25) (ou « smart meters » en anglais) permettant par exemple de mesurer des paramètres électriques 24 ou encore hydraulique ou gazeux 25 aux moyens des nouvelles technologies d'information et de communication (NTIC, telles que des techniques informatiques ou de télécommunication (Bluetooth®, WiFi,...)). L'utilisation de tels compteurs vise à termes à créer un futur réseau dit « intelligent » (ou « smart grid » en anglais) permettant de représenter localement chaque contributeur à l'effacement diffus.
Plus précisément, chaque compteur mesure en temps réel la consommation d'électricité de plusieurs ensembles d'équipements électriques destinés à être contrôlés, situés dans les locaux d'un consommateur, puis la transmet à un serveur central (non représenté) grâce à des moyens de communication existants 23 tel qu'une connexion filaire (ADSL, etc.) ou une connexion sans fil (GPRS / DECT / WiFi ...).
De manière bidirectionnelle, le serveur (local ou distant) à réception de ces informations communique selon une voie dite descendante des instructions de régulation au point d'accès qui répercute la régulation désirée et communique en retour sur une voie dite montante les nouveaux paramètres mesurés. Parmi ces techniques bidirectionnelles de gestion de la consommation électrique, la demande de brevet US2006/0259199 décrit une gestion de la consommation d'énergie telle que l'énergie électrique, le gaz, l'énergie thermique et l'eau courante.
Ce document propose notamment un réseau bidirectionnel dans lequel la voie de communication descendante reliant l'opérateur du réseau électrique et un équipement de l'utilisateur dont on cherche à réduire le cas échéant la consommation, est une liaison radio d'un fournisseur de radiodiffusion commerciale transmettant des signaux de type RDS/BRD, ou selon les technologies DAB ou technologies de l'internet.
En revanche, la voie montante du système décrit dans cette demande correspond à la liaison classique utilisée pour la lecture automatique des compteurs électriques, mettant en œuvre un protocole de transmission existant compatible avec les technologies internet. 2.3 Inconvénients des systèmes existants
a- critères d'évaluation d'un système de gestion de consommation d'énergie
Les critères principaux d'évaluation d'un système de gestion de consommation énergétique reposent à la fois sur son efficacité énergétique et sur le coût d'installation et d'exploitation de celui-ci.
En effet, il est, en premier lieu, particulièrement important pour un système d'effacement diffus d'être efficace énergétiquement. On peut définir cette efficacité énergétique par le rapport entre la puissance effacée sur la puissance consommée pour mettre en œuvre cet effacement. Dans le cas de l'effacement diffus, plus cette efficacité est grande, plus le parc d'objets cibles peut être vaste et donc le bénéfice pour le gestionnaire de réseau important. Les systèmes d'effacement résidentiel actuels ont en moyenne une puissance de mise en œuvre d' effacement de l'ordre de 12 Watt et une puissance consommée en mode veille (attente d'un ordre d'effacement) de l'ordre de 10 Watt.
En deuxième lieu, la qualité d'un système de gestion de consommation énergétique est évaluée relativement à son coût de mise en œuvre. Ces coûts sont généralement :
les coûts de déploiement et d'installation. On peut citer par exemple, la nécessité d'installer un boîtier supplémentaire ou un concentrateur pour disposer d'un point d'accès chez chaque consommateur (compteur intelligent, boite ADSL pour un système basé sur IP, etc.) ;
les coûts récurrents d'abonnement selon le choix de la technologie déployée (abonnement ADSL ou téléphonique par exemple) ; le coût de maintenance ;
le coût sup lémentaire pour atteindre l'appareil cible du foyer ;
le coût lié à l'utilisation de compteurs dits « intelligents » basés sur la mise en œuvre de nouvelles techniques d'information et de communication et nécessitant la mise en place d'une sécurisation afin d'empêcher toute cyber-attaque ou défaillance informatique.
En effet, pour l'opérateur du réseau d'énergie, la mise en œuvre d'un réseau intelligent, correspondant à « un système de systèmes », est parfois très complexe et rend le système de gestion vulnérable face à des attaques terroristes ou à des défaillances informatiques du fait du nombre de points d'entrée quasi infini.
b- inconvénients des systèmes bidirectionnels existants
L'inconvénient majeur des systèmes précédemment cités réside dans le fait que le trafic de données échangées à la fois sur les voies montantes et descendantes est conséquent et continu afin de réagir dynamiquement aux pics de consommation.
De ce fait de tels systèmes requièrent l'utilisation de modems de communication permettant la gestion de ce trafic important et le fonctionnement continu de l'ensemble des unités les constituant, ce qui requiert une énergie de fonctionnement constante qui vient s'ajouter à la consommation d'énergie surveillée (que l'on cherche au contraire à diminuer). L'efficacité énergétique de tels systèmes est donc pénalisée du fait de leur fonctionnement intrinsèque. Le coût relatif à ce trafic est également important du fait que selon le protocole utilisé par les liaisons montantes ou descendantes, il est nécessaire de souscrire à une capacité suffisante en termes de débit.
En outre, de tels systèmes ne permettent pas de moduler de façon précise l'effacement diffus du fait de la dépendance directe entre la régulation instruite par le serveur de contrôle selon la voie descendante et la valeur mesurée par chaque compteur et transmise selon la voie montante.
Par ailleurs, l'emploi de nouvelles techniques d'information et de communications dans un réseau bidirectionnel soulève de nombreuses questions liées à la protection de la vie privée des consommateurs. Utilisées à mauvais escient, les données générées par ces appareils et leurs accessibilités sont susceptibles de violer la vie privée des consommateurs, en permettant par exemple de déterminer le mode de vie d'un individu, ou encore connaître les appareils utilisés au quotidien et déduire la manière dont ils sont utilisés. Autant d'informations qui, une fois rassemblées et analysées, peuvent être détournées à des fins diverses, rendant les consommateurs vulnérables à divers intérêts : commerciaux, criminels ou encore policiers...
Cet aspect peut notamment susciter un refus du consommateur pour la mise en place d'un tel système.
Ainsi, à ce jour, les inventeurs n'ont détecté aucune solution permettant la mise en œuvre d'un effacement diffus sur un réseau présentant un maillage fin et reconfigurable dynamiquement sans impliquer des coûts et des structures qui empêcheraient par là même toute réalisation concrète.
Par ailleurs, les inventeurs n'ont également pas identifié de solution simple déjà existante permettant, en sus du délestage, une surveillance et une signalisation de l'écroulement de la tension et de l'écroulement de la fréquence, phénomènes qui sont pourtant directement précurseurs d'incidents de grande ampleur entraînant une panne généralisée couramment appelée « black out ».
3 RESUME DE L'INVENTION
L'invention ne pose pas ces inconvénients de l'art antérieur. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système de gestion de la consommation énergétique. Selon l'invention, un tel système comprend :
des moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation ;
une pluralité d'unités réceptrices (UR), chaque unité de ladite pluralité d'unités réceptrices comprenant des moyens de connexion à une charge d'alimentation dédiée, et des moyens de réception d'au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge d'alimentation, émise par lesdits moyens de diffusion ;
au moins une unité réceptrice avancée (URA), ladite unité réceptrice avancée comprenant :
des moyens de connexion à une charge d'alimentation dédiée,
moyens de réception d'au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge d'alimentation, et un récepteur-enregistreur de données permettant la réception et l'enregistrement de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, ledit groupe comprenant en outre au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices ;
ladite pluralité d'unités réceptrices avancées (URA) comprenant des moyens de transmission desdites données enregistrées.
Avantage : L'invention est donc une amélioration des systèmes existant d'effacement diffus car elle n'utilise pas de communication bidirectionnelle, et son coût est plus faible. Son rendement énergétique élevé permet en outre de contrôler et gérer une multitude de charges autres que celles traditionnellement contrôlées par les dispositifs d ' effacement existants .
En effet, on tire profit de la liaison unidirectionnelle d'une unité réceptrice, qui permet de s'affranchir de la voie dite montante entre l'unité réceptrice et l'unité de contrôle envoyant les commandes de régulation. En conséquence, il est possible d'alléger le trafic de données échangées.
Du fait de la suppression de cette fonction de transmission de l'unité réceptrice à destination de l'unité de contrôle, on obtient une unité réceptrice compacte pouvant être adaptée à tout type de charge et permettant dès lors d'affiner la régulation du réseau énergétique. La précision de régulation est par conséquent augmentée et l'effacement diffus complètement optimisé.
Les URAs quant à elles permettent de rapporter toute opération d'effacement et ce à la demande du fait qu'elle représente un groupe d'unités réceptrice comprenant au moins une URA et un UR unidirectionnelle. Ainsi, grâce à la notion de groupe et de représentation on démultiplie le nombre de voies montantes car une seule URA retransmet le cas échéant, c'est-à-dire uniquement sur demande et non de manière continue telle qu'effectué selon l'art antérieur, les opérations d'effacement/réactivation effectuées sur l'ensemble des charges d'alimentation du groupe auquel elle appartient.
Ainsi, on obtient une diminution infrastructure d'installation et du coût pour le consommateur et l'opérateur, et également une réelle efficacité énergétique car il n'est plus nécessaire d'avoir en permanence les UR qui utilisent les deux liaisons, le modèle statistique associé permet également de pallier les problèmes de gestion en optimisant de manière statistique les commandes d'effacement diffus.... Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation transmettent lesdites commandes dans des signaux radio FM-RDS ou des signaux de télévision des bandes VHF/UHF à une fréquence prédéterminée.
Ainsi, on bénéficie d'une liaison peu coûteuse, ne nécessitant pas d'abonnement payant et permettant de communiquer facilement et à faible coût avec une UR en évitant une cyber-attaque par rapport aux liaisons de type IP.
Selon une caractéristique particulière, lesdits moyens de diffusion comprennent des moyens de chiffrement desdites commandes d' activation/désactivation de charges d'alimentation, et lesdites unités réceptrices ou réceptrices avancées comprennent r é c ip ro qu e m ent d e s mo y en s d e d é c hi ffr em e nt d e s dit e s c o mm an d e s d'activation/désactivation de charges d'alimentation.
Ainsi, on réalise une sécurisation du système de gestion de la consommation électrique en utilisant par exemple l'algorithme AES - 128 bits.
Selon une caractéristique particulière, lesdits moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation comprennent en outre un module de gestion statistique desdites charges d'alimentation.
Ainsi, on réalise une optimisation de la gestion de l'effacement diffus.
En effet, le module de gestion statistique permet de créer de façon dynamique toute sorte de groupe. Leurs éléments peuvent être créés selon le choix et intérêt de l'utilisateur selon des critères variés. Par exemple un groupe A comprend l'ensemble des unités de puissance > Y dans un lieu géographique X. Un groupe peut aussi être constitué par la somme de deux autres groupes distincts. Par exemple le Groupe D comprend le Groupe A ET le Groupe C. Les commandes peuvent être aussi adressées à un ou plusieurs groupes par un ET ou un OU logique. Par exemple : Commande d'effacement au groupe A et du groupe C ou du groupe D.
Selon une caractéristique particulière, une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices peut être affectée à plusieurs groupes d'unités réceptrices.
Ainsi, on permet une souplesse de la gestion du réseau qui est vu comme un ensemble de groupes logique de charges d'alimentation. Selon une caractéristique particulière, lesdites unités réceptrices avancées comprennent en outre des moyens de contrôle de la stabilité d'un réseau énergétique appartenant au groupe comprenant :
une unité de mesure de fréquence du courant électrique,
- une unité de mesure de l'amplitude de la tension électrique.
Il est ainsi possible de suivre la stabilité du réseau énergétique à moindre coût. Selon une caractéristique particulière, lesdites unités réceptrices avancées comprennent en outre un module de synchronisation comprenant au moins un des moyens appartenant au groupe :
- moyens de détection d'une trame RDS prédéterminée desdits signaux FM-
RDS à une fréquence prédéterminée,
moyens de détection d'un pilote RDS,
moyen de décodage dudit signal RDS et moyens de détection d'un indicateur d'interruption séparant chaque bloc RDS décodé.
Par exemple, un signal diffusé constitué d'un train de trame RDS particulier peut être utilisé pour fournir la synchronisation nécessaire à l'ensemble des URAs. Le pilote RDS qui est très stable peut être extrait du côté récepteur et utilisé comme une référence de temps global (Les émetteurs FM utilisent une fréquence de base appelée signal pilote de fréquence précise de 19 kHz pour la génération d'un signal RDS). Le processus de décodage RDS pourrait aussi être utilisé pour la synchronisation : Après le décodage de chaque bloc RDS, l'appareil génère un signal d'interruption au système d'exploitation embarqué (OS). La fréquence de cette interruption est aussi stable et peut être utilisée pour la synchronisation de l'unité réceptrice.
Selon une caractéristique particulière, une unité réceptrice avancée comprend des moyens de réémission de commande d' activation/désactivation d'une charge d'alimentation connectée à une unité réceptrice du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, à destination de ladite unité réceptrice connectée à ladite charge.
Ainsi on peut reproduire la commande d'effacement si par exemple l'unité réceptrice visée par ladite commande ne parvient pas à recevoir ladite commande du fait par exemple de sa localisation, par exemple une unité réceptrice dédiée à un appareil située dans un sous-sol présentant un niveau de réception RDS (ou autre faible). Cette réémission permet de rapprocher l'émetteur de la commande et donc d'améliorer la réception de celle- ci du fait de la proximité entre l'UR au sous-sol et l'URA qui se trouve à une distance beaucoup plus courte au regard des moyens de diffusion de commandes qui peuvent par exemple être éloignés lorsqu'on considère un centre de contrôle national.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites données enregistrées sont transmises par l'unité réceptrice avancée sur requête desdits moyens de diffusion de commandes et utilisent :
une voie montante appartenant au groupe comprenant :
une ligne électrique de l'unité réceptrice avancée,
une communication sans fil,
- une voie montante basée sur une transmission de proche en proche.
Selon l'invention, il existe différentes alternatives de voies montantes des URAs : ligne électrique en utilisant le câble d'électricité comme un média, communication sans fil (WIFI, Bluetooth, etc.).
Dans le cas où il n'y a pas de connexion directe, il est également possible d'étendre le réseau, avec un système basé sur la capacité de réseau maillé (Mesh network) dans lequel l'information est transportée entre les différentes unités réceptrices avancées par des sauts successifs basés sur des communications sans fil de courte distance et menée au point collecteur principal (point d'accès connecté à Ethernet, par exemple, boîtes ADSL ou similaire).
L'invention concerne également un procédé de gestion de la consommation énergétique. Selon l'invention un tel procédé comprend :
au moins une étape de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation par des moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation ;
- une pluralité d'étapes de réception mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR), chaque unité de ladite pluralité d'unités réceptrices étant connectée à une charge d'alimentation dédiée, et étant apte à réceptionner au moins une commande d' activation/désactivation de ladite charge d'alimentation;
- au moins une étape de réception mise en œuvre par au moins une unité réceptrice avancée (URA), ladite unité réceptrice avancée, mettant en œuvre au moins une étape : de réception d'au moins une commande d'activation/désactivation de d'une charge d'alimentation, et
d'enregistrement de données de ladite au moins une commande d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, ledit groupe comprenant en outre au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices ;
une pluralité d'étapes d'activation/désactivation de charges d'alimentation mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR) et par une pluralité d'unités réceptrices avancées (URA);
une pluralité d'étapes de transmission, sur requête desdits moyens de diffusion de commande, desdites données enregistrées, par ladite pluralité d'unités réceptrices avancées (URA).
Selon une caractéristique particulière, ledit Procédé de gestion de la consommation énergétique comprend en outre une étape d'initialisation de ladite pluralité d'unités réceptrices et de ladite pluralité d'unités réceptrices avancées mettant en œuvre une identification unique de chaque unité par association au caractéristique de la charge dédiée à laquelle ladite unité est connectée.
L'invention concerne également un programme d'ordinateur. Selon l'invention il comprend des instructions de code programme pour la mise en œuvre du procédé de gestion de la consommation énergétique tel que décrit, lorsque le programme est exécuté par un processeur.
4 LISTE DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1, déjà décrite en relation avec l'art antérieur, illustre un réseau énergétique « intelligent » ;
la figure 2, déjà décrite en relation avec l'art antérieur, illustre le détail du niveau résidentiel du réseau énergétique « intelligent » représenté par la figure 1 ;
la figure 3 correspond à une représentation logique d'un système de gestion de la consommation d'énergie selon l'invention; la figure 4 illustre plus précisément les échanges effectués entre les moyens de diffusion de commande et un groupe d'unités réceptrices ;
la figure 5 illustre la forme compacte d'une unité réceptrice selon l'invention ; la figure 6 illustre le procédé de gestion de consommation énergétique selon l'invention.
5 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
5.1 Principe général de l'invention
L'invention propose de mettre en œuvre efficacement et simplement un effacement diffus optimisé en utilisant un système de gestion de la consommation énergétique comprenant une pluralité d'unités réceptrices, chacune étant connectée à une charge d'alimentation dé di é e , et apte à ré c eptionner au mo ins une commande d'activation/désactivation de cette charge émise par des moyens de diffusion.
Du fait que chaque unité réceptrice (UR) est connectée de manière unidirectionnelle aux moyens de diffusion de commandes, l'invention permet de s'affranchir des voies (re)montantes des unités réceptrices de l'art antérieur qui remontaient les tâches de régulation effectuées.
Plus précisément, lorsqu'un pic de consommation est détecté (ou qu'il est sur le point de se produire), les moyens de diffusion de commandes émettent des commandes d'activation/désactivation de charge sur les voies descendantes établies avec les unités réceptrices connectées à une charge que l'on souhaite « effacer », c'est-à-dire dont on souhaite suspendre momentanément la consommation énergétique.
Il n ' est dès lors plus nécessaire d' établir une communication continue bidirectionnelle entre la charge à effacer et les moyens de diffusion de commande, contrôlant l'effacement diffus.
La suppression des voies montantes permet dès lors « d'alléger » fortement le trafic d'informations échangées entre les moyens de diffusion de commande, et les charges à effacer. En effet, lorsqu'une charge est à effacer une unique commande de désactivation de la charge est directement diffusée à destination de l'unité réceptrice à laquelle la charge est connectée.
La réactivation de la charge « effacée » est ensuite effectuée par transmission à l'unité réceptrice à laquelle elle est connectée d'une simple commande d'activation de cette charge. Ainsi, l'invention minimise l'énergie de fonctionnement de chaque unité réceptrice du fait que celle-ci réceptionne uniquement et ponctuellement les ordres des moyens de diffusion de commande.
Par ailleurs, afin de contrôler et d'avoir une « trace » de tout « effacement », le système selon l'invention comprend en outre une pluralité d'unités réceptrices avancées. A à différence d'une unité réceptrice, une unité réceptrice avancée (URA), outre le fait d'être apte à recevoir les commandes d'activation et de désactivation de la charge à laquelle elle est connectée, est également apte à enregistrer des commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues par un groupe d'unités réceptrices comprenant au moins une unité réceptrice (« unidirectionnelle ») et une unité réceptrice avancée.
En effet, une unité réceptrice avancée est apte à enregistrer les commandes d'activation/désactivation de la charge à laquelle elle est directement connectée mais également à enregistrer les commandes d'activation/désactivation du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient. Cette unité réceptrice avancée sert donc de « journal » d'effacement diffus du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, et peut, sur requête des moyens de diffusion de commande, transmettre les données qu'elle a en mémoire (des logs ou des traces par exemple).
Un système comprenant des unités réceptrices et des unités réceptrices avancées permet donc de multiplier les charges à effacer car une unité réceptrice (« basique ») est peu coûteuse à mettre en œuvre de par son caractère unidirectionnel tout en contrôlant l'ensemble de l'effacement diffus du fait qu'unité réceptrice avancée est apte à rendre compte des opérations d'effacement/activation du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient.
Il est donc dès lors possible d' affiner autant que désiré et à moindre coût l'effacement diffus d'un réseau énergétique.
Par la suite, on présente un mode de réalisation d'un système de gestion de la consommation d'énergie selon l'invention, et plus particulièrement pour la gestion d'énergie électrique. Il est clair cependant que l'invention ne se limite pas à cette application particulière, mais peut également être mise en œuvre dans de nombreux autres contextes énergétiques et plus généralement dans tous les cas nécessitant la gestion de l'équilibre offre/demande permettant de pallier un pic de consommation. 5.2 Description d'un mode de réalisation d'un système de gestion de consommation d'énergie selon l'invention
Structure du système
On présente en relation avec la figure 3, une représentation logique du système de gestion de la consommation énergétique selon un mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le système de gestion de la consommation énergétique comprend des moyens de diffusion de commandes 31 d'activation/désactivation permettant de contrôler l'effacement diffus d'un réseau énergétique organisé sous forme de groupes logiques 32, 33, 34 correspondant chacun à un ensemble logique de charges à effacer.
Plus précisément chaque groupe logique comprend un ensemble d'unités réceptrices, par exemple UR1, UR2 pour un premier groupe logique 32, UR3, UR4 et UR5 pour un deuxième groupe logique 33, et UR6, UR7 et UR8 pour un troisième groupe logique. Chacune de ces unités réceptrices sont dites « basiques » du fait qu'elles sont simplement chacune connectée à une charge d'alimentation dédiée, par exemple UR1 est connectée à Cl , et apte à réceptionner au moins une commande d'activation/désactivation de la charge d'alimentation, émise par les moyens de diffusion 31.
En outre, chaque groupe logique comprend au moins une unité réceptrice avancée URA1 , URA2, URA3 dont le rôle, outre celui d'une unité réceptrice « basique » telle que celui des unités réceptrices UR décrites précédemment est de répertorier et le cas échéant de transmettre un rapport des opérations d'activation/désactivation, autrement dit de l'effacement réalisé au sein du groupe considéré. Un groupe peut être constitué pour une résidence ou une habitation donnée, pour un quartier, une ville, un département, une région, etc. La structure de groupe est déterminée en fonction des besoins de l'opérateur énergétique et en fonction de circonstances. En effet, comme cela est décrit plus loin, la structure de groupe est polymorphe et évolutive.
Par exemple, au sein de la résidence d'un particulier, chaque groupe logique peut correspondre à une pièce. Ainsi, le premier groupe 32 correspond par exemple à l'ensemble des unités réceptrices connectées aux charges d'alimentation d'une salle d'eau (par exemple un chauffe-serviette Cl et un radiateur électrique C2 séparé), le second groupe 33 correspond aux appareils électriques d'une buanderie ou d'une arrière-cuisine tels qu'un réfrigérateur-congélateur familial C3, un radiateur électrique C4 et un lave-linge C5, enfin le troisième groupe 34 comprend par exemple une table de cuisson électrique, un four Cl, et un lave- vaisselle C8.
Avantageusement, une unité réceptrice peut appartenir à plusieurs groupes logiques. Ainsi, au regard de la figure 3, l'unité réceptrice UR5 connectée à la charge C5 appartient à la fois au deuxième groupe logique 33 et au troisième groupe logique 34. L'intérêt de ce type de répartition permet par exemple de mixer un groupe logique établit en fonction de la pièce où est situé l'appareil électrique et un groupe logique comprenant des appareils inactifs en dehors de certaines plages horaires, par exemple les horaires de présence des occupants d'une résidence.
La segmentation d'une installation électrique d'un site consommateur d'énergie, selon la structure logique de la figure 3, peut également être appliquée à différents secteurs d'activités d'une entreprise en différenciant par exemple une « branche » production, qui suppose un besoin électrique constant si l'entreprise fonctionne par exemple en continu selon les « trois-huit », et une « branche » tertiaire dont l'activité nocturne est moindre au regard de 1 ' activité diurne .
Ainsi, la présente invention offre de multiples possibilités pour adapter le maillage du réseau énergétique considéré. En effet, comme on vient de le mentionner, il est à la fois possible de mettre en œuvre autant d'unités réceptrices « basiques » qu'il y a de consommateurs de l'énergie considérée, comme l'électricité dans cet exemple, et au contraire il est possible d'effacer une charge dite « globale » correspondant à la concaténation d'un ensemble de charges de valeurs moindres. Par exemple, sur un site de production, on peut souhaiter procéder à l'effacement diffus d'un ensemble de machines lorsque leurs opérateurs sont par exemple en même temps en pause déjeuner et que de ce fait elles ne sont pas utilisées pendant quelques laps de temps.
L'invention permet donc une utilisation « intelligente » et optimisée de la notion de groupe logique. En effet, la structure logique des éléments du système de gestion de consommation énergétique selon l'invention permet une reconfiguration dynamique du réseau énergétique en fonction des besoins et des priorités de l'opérateur énergétique, notamment en cas de situation d'urgence, ou à l'inverse du consommateur lorsque celui-ci cherche en outre à diminuer sa propre consommation énergétique de manière diffuse. Afin de contrôler, moduler et commander l'effacement diffus, les moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation comprennent un module de gestion statistique 310 des charges d'alimentation.
Un tel module met en œuvre une modélisation statistique de l'effacement réalisé. En effet, en raison du nombre important d'unités réceptrices permettant d'optimiser et de minimiser considérablement les pics de demande en courant sur le réseau, et de l'incertitude de leur condition d'accès, il serait très onéreux de construire un réseau permettant la connexion directe de chaque unité réceptrice comme précédemment mentionné au regard de l'art antérieur. Ainsi, l'impact de la demande d'énergie et la régulation subséquente sont calculés sur la base d'un modèle mathématique statistique.
A partir des variables prédictives (telle que la garantie de la réception, la certitude de prise en compte de la commande, etc.), seule une loi déterministe complexe peut être obtenue. La complexité d'une telle loi déterministe requiert des calculs importants et en conséquence un temps de décision qui s'avère incompatible avec la réactivité recherchée par l'invention pour absorber de manière optimal un pic de consommation énergétique.
Dès lors, les inventeurs ont déterminé qu'un modèle statistique permet d'assurer le contrôle de l'effacement diffus en garantissant réactivité et un coût de mise en œuvre modéré.
Le modèle statistique mis en œuvre par le module de gestion statistique de l'invention, est basé sur des fonctions prédictives construites à partir de données historiques et un processus d'apprentissage. Au cours de ce processus d'apprentissage, des relations quantitatives entre les variables cibles (variables qui doivent être prédites comme, par exemple, le nombre d'effacements réussis) et les variables prédictives sont déterminées à partir des données historiques collectées.
La précision et la finesse du modèle statistique sont affinées par la quantité des données d'apprentissage fournies. Pour construire cette base de données historiques et créer un modèle prédictif, mais aussi pour justifier les effets d'effacement diffus, en d'autre termes pour avoir une preuve des opérations d'effacement diffus effectués, le système selon l'invention comprend les unités réceptrices avancées (URA1, URA2, URA3) mettant en œuvre des fonctionnalités supplémentaires au regard des unités réceptrices dites basiques (UR1 à UR8). Plus précisément, le modèle statistique mis en œuvre selon l'invention permet d'assurer deux fonctions distinctes au sein du système, à savoir :
la modélisation du réseau énergétique,
l'évaluation de la puissance effacée au sein de réseau.
En ce qui concerne la fonction de modélisation, le modèle statistique selon l'invention permet d'optimiser la topologie et le mode de transmission afin de s'assurer de la bonne réception des messages en l'absence de voie montante pour chaque unité réceptrice « basique » confirmant l'exécution de la commande.
Pour ce faire, une approche probabiliste est mise en œuvre, permettant par exemple de déterminer le nombre de répétitions nécessaires d'une trame RDS, contenant les commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation émises par les moyens de diffusion ou contenant les données enregistrées émises par les unités réceptrices avancées, pour garantir une réception à un récepteur ou à des récepteurs (moyens de diffusions de commandes, unités réceptrices « basiques », unité réceptrices avancées) localisés dans un lieu géographique donné.
Plus précisément, on utilise une modélisation du réseau où chaque récepteur (moyens de diffusions de commandes, unités réceptrices « basiques », unité réceptrices avancées) est modélisé par une probabilité de réception prenant en compte divers paramètres.
Par exemple, l'initialisation du modèle statistique correspond à un modèle statistique préalablement connu, utilisé pour la modélisation des ondes radios, et plus particulièrement adaptés pour la bande FM.
Il est à noter que de telles modélisations sont par exemple sélectionnées en fonction de paramètres prédéterminés par l'opérateur énergétique tels que la distance de couverture du signal radio et l'uniformité de l'environnement dans lequel cette onde se propage. Certains modèles sont en effet plus adaptés pour de larges cellules et d'autres pour des cellules de tailles inférieures.
A titre d'exemple de modèles statistiques, on peut citer :
le modèle de propagation en espace libre ( en anglais « Free space model ») ;
le modèle de propagation utilisant deux rayons (en anglais « Two Ray ground reflection model »). Ces deux modèles calculent la puissance moyenne reçue à une distance d, par un émetteur dont la puissance émise et l'emplacement sont connus.
Au regard des deux modèles précédents, un autre exemple de modèle statistique, le modèle « Shadowing », utilisé de manière préférentielle, prend en compte la variation aléatoire de la puissance en fonction de la distance, du fait des effets de propagation par chemins multiples.
Selon ce modèle, deux paramètres sont pris en compte :
β, l'exposant d'atténuation en fonction de la distance, qui est généralement déterminé de façon empirique par des mesures en environnement réel, et - odB, appelé en anglais « shadowing déviation », qui est également obtenu par des mesures en environnement réel.
Selon l'un des trois modèles statistique d'initialisation présentés ci-dessus les éléments récepteurs du système (moyens de diffusions de commandes, unités réceptrices « basiques », unité réceptrices avancées) sont placés à des endroits préalablement déterminés par une première modélisation.
Une fois cette initialisation effectuée les unités réceptrices avancées restituent les données enregistrées du groupe auquel elles appartiennent sur requête (et/ou selon une période prédéterminée).
Ces données enregistrées, outre le fait d'être la preuve de l'effacement diffus réalisé, permettent en outre de collecter des informations pour déterminer de façon empiriques les deux paramètres du modèle « Shadowing » et d'améliorer constamment la modélisation statistique de l'invention qui peut par exemple dépendre de facteurs tels que : l'heure d'émission, les canaux adjacents de transmissions, les conditions climatiques etc...
De ce fait, la localisation, en d'autre termes la modélisation du réseau énergétique, prend en compte les données ainsi collectées de manière empirique et évolueront dynamiquement en fonction de celles-ci.
En outre, une telle modélisation statistique permet un raffinement du modèle en fonction de la précision de la représentation du réseau énergétique que l'opérateur énergétique souhaite implémenter.
II est donc possible selon les souhaits de l'opérateur énergétique de faire varier le nombre d'unités réceptrices à prendre en compte, ainsi que leur localisation en fonction de différent paramètres tels que l'accessibilité, l'environnement, la fonction du groupe représenté (résidentiel, industriel), mais également la puissance d'effacement.
Ainsi, parmi les données enregistrées restituées par les unités réceptrices avancées, les informations collectées utilisées pour la phase de calibration du modèle de propagation sont par exemple :
la puissance du signal reçu par la radio (en anglais « RSSI : Received Signal Strength Indicator ») ;
le nombre d'erreurs (Bit error rate) dans chaque groupe RDS reçu après décodage ;
- l'heure à laquelle ces données sont reçues (une base de temps et un
'marquage' peuvent être fournis par l'unité réceptrice avancée par l'envoi d'une trame RDS ou par une horloge embarquée) ;
le décodage et le stockage d'une trame pilote dite de 'calibration'.
En ce qui concerne la fonction d'évaluation de la puissance effacée, à l'initialisation du modèle statistique, les « premières » données statistiques pour estimer la puissance d'effacement diffus sont issus des informations de consommation du site.
En outre, chaque unité réceptrice est connectée à une charge dont les caractéristiques électriques sont connues et stockées dans une base de données. Il est à noter que la modélisation du réseau énergétique peut prendre en compte différentes « hiérarchies » de modélisation. Préférentiellement on utilise une hiérarchie de diffusion de commandes par exemple basée sur le système de radiodiffusion existant, qui peut être des deux types :
des premiers moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation uniques et nationaux diffusant nationalement et relayés par une pluralité de moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation régionaux, en d'autre termes une hiérarchie de contrôle pyramidale. A titre d'exemple, on peut citer le cas des messages RDS du groupe Radio France, générés en un point unique mais transportés régionalement et émis par des moyens de diffusion régionaux, un maillage de moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation indépendant s 'appuyant sur une multitude de moyens de diffusion de faibles portés.
A titre d'exemple, on peut citer le cas de système de radiodiffusion disposant de leur propres moyens de diffusion RDS, locales (Villes), ou parfois au niveau d'un pays (cas de l'Inde).
Pour mieux comprendre la distinction entre les fonctionnalités mises en œuvre par une unité réceptrice avancée et une unité réceptrice, dite « basique » on se réfère désormais à la figure 4 qui illustre plus précisément les échanges effectués entre les moyens de diffusion de commande d'activation/désactivation et un groupe d'unités réceptrices.
L'unité réceptrice avancée 43 , conçue à partir de l'unité réceptrice 42 « dite basique », dispose en outre d'un enregistreur de données 4311 muni d'une horloge temps réel afin de dater et de renseigner précisément les opérations d'effacement diffus mis en œuvre au sein du groupe logique d'unités réceptrice auquel elle appartient. L'unité réceptrice avancée 43 enregistre ainsi les informations reçues et la commande appliquée aux charges connectées à chaque unité réceptrice composant le groupe logique considéré.
Pour mieux comprendre le fonctionnement du système chaque type d'entité du système est par la suite précisée selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation
Comme décrit précédemment, les moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation comprennent un module de gestion statistique 401 desdites charges d'alimentation.
Selon ce mode de réalisation préféré, les moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation transmettent les commandes dans des signaux FM-RDS 41 à une fréquence prédéterminée utilisée pour des applications radio ou encore dans des signaux de bandes VHF/UHF utilisés pour des applications télévisuelles.
L'avantage est que le message ainsi diffusé est transmis dans un lieu géographique délimité généralement par la puissance de l'émetteur. En effet, les messages diffusés ne peuvent être potentiellement interceptés que localement c'est-à-dire dans une portée géographique de couverture d'un émetteur FM par exemple. De plus, ce mode de diffusion FM est séparé du monde IP, limitant dès lors le risque d'une cyber-attaque visant à subtiliser des informations personnelles du consommateur.
En outre, préférentiellement les moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation comprennent également des moyens de chiffrement 402 des commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation. Ainsi, au contraire de l'art antérieur mettant en œuvre des communications bidirectionnelles avec chaque unité réceptrice connectée à une charge d'alimentation, l'invention vise à éviter de révéler les habitudes d'un usager mais ou encore à éviter de permettre une exploitation non souhaitée des informations collectées.
En effet, dans l'invention, la communication à « sens unique » 44 émise à destination des unités réceptrices (qu'elles soient « basiques » ou avancées) est sécurisée par chiffrement ce qui limite drastiquement les possibilités de subtilisation d'informations personnelles du consommateur.
En outre, le signal FM (ou encore UHF/VHF) ainsi diffusé selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention est un flux sécurisé permettant l'utilisation de trames RDS/DAB existantes, en particulier les trames Open Data Applications (ODA), sécurisées par un algorithme de chiffrement, par exemple l'algorithme AES 128-bit, permettant d'empêcher le contrôle malintentionné d'une unité réceptrice par utilisation malveillante d'un message préalablement intercepté, enregistré et rediffusé.
Unité réceptrice de type « basique »
On décrit en relation avec les figures 4 et 5 les différentes caractéristiques d'une unité réceptrice UR 42 de type basique. Plus précisément, selon un mode de réalisation préféré, les principaux éléments constitutifs d'une unité réceptrice (UR) sont les suivantes: un récepteur 420, permettant de réceptionner les commandes d'activation/désactivation émises par les moyens de diffusions de commande 40, préférentiellement il s'agit d'un récepteur radio (50) par exemple de type RDS 76-
108 MHz apte à recevoir des signaux FM-RDS à une fréquence préalablement choisie, un tel récepteur comprend notamment une antenne FM intégrée pour une sensibilité élevée ;
- une unité 421 comprenant un micro contrôleur sécurisé avec logiciel embarqué apte à mettre en œuvre un algorithme de déchiffrement des commandes chiffrées reçues, par exemple un algorithme de type AES 128 bits ;
une unité relais 422 intégrée, par exemple de 10 A, appliquant par exemple une commande ON / OFF au moyen d'un interrupteur 4200 afin d'activer ou désactiver la charge d'alimentation 48 auquel l'unité réceptrice 42 est connectée.
En outre, la figure 5 illustre la forme avantageusement compacte de cette unité réceptrice dont la longueur et la largeur sont respectivement de l'ordre de 67 et 55 mm. En effet, grâce au système de l'invention, il est possible de minimiser au maximum le nombre de fonctions effectuées par l'unité réceptrice basique ce qui permet d'en réduire les dimensions et en conséquence le coût de production.
Une telle compacité permet une intégration directe de l'unité réceptrice dans les gros appareils ménagers à "effacer" (système de climatisation, système de chauffage, etc.), mais également dans les appareils ménagers légers (chargeurs, stations d'accueil pour les appareils nomades) ou encore dans une prise d'alimentation. Ainsi, il est possible d'affiner autant que désiré le maillage du réseau énergétique sur lequel on souhaite appliquer l'effacement diffus.
Unité réceptrice avancée
a- structure
Comme déjà mentionné précédemment une unité réceptrice avancée est une unité réceptrice basique évoluée du fait qu'elle met en œuvre des fonctionnalités supplémentaires. Ainsi, la figure 4 illustre de manière schématique une première partie 430 de l'unité réceptrice avancée 43 comprenant les mêmes éléments constitutifs que l'unité réceptrice (UR) 42 précédemment décrite, à savoir :
un récepteur 4302, permettant de réceptionner les commandes d'activation/désactivation émises par les moyens de diffusions de commande 40, préférentiellement il s'agit d'un récepteur radio par exemple de type RDS 76-108 MHz apte à recevoir des signaux FM-RDS à une fréquence préalablement choisie, un tel récepteur comprend notamment une antenne FM intégrée pour une sensibilité élevée,
une unité 4303 comprenant un micro contrôleur sécurisé avec logiciel embarqué apte à mettre en œuvre un algorithme de déchiffrement des commandes chiffrées reçues, par exemple un algorithme de type AES 128 bits,
une unité relais 4301 intégrée, par exemple de 10 A, appliquant par exemple une commande ON / OFF au moyen d'un interrupteur 4300 afin d'activer ou désactiver la charge d'alimentation 47 auquel l'unité réceptrice avancée 43 est connectée. Les éléments de l'unité réceptrice avancée 43 (URA) permettant de mettre en œuvre des fonctionnalités supplémentaires sont schématiquement représentés dans une seconde partie 431 et sont les suivants : un récepteur-enregistreur de données 4310 permettant la réception et l'enregistrement de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient ainsi que l'unité réceptrice basique précédemment décrite, le récepteur-enregistreur comprend en outre une horloge temps réel synchronisée par le signal 41 de radio diffusion FM-RDS émis par les moyens de diffusion de commande 40,
des moyens de transmissions 4312 apte à transmettre sur requête les données enregistrées, ces moyens peuvent par exemple correspondre à une connexion Ethernet sans fil (WIFI, Bluetooth, Zigbee) ou filaire (par exemple par les lignes électriques),
une unité de mesure de la fréquence du courant électrique 4311,
une unité de mesure de l'amplitude de la tension du courant électrique 4313.
Selon une variante, il est possible que les moyens de transmissions 4312 transmettent également périodiquement les données enregistrées, sans requête des moyens de diffusion de commandes, selon une période prédéterminée par l'opérateur énergétique ou une autre organisation. Selon une autre variante, il est également possible que les moyens de diffusion de commande émettent périodiquement une requête de restitution des données enregistrées, selon une période prédéterminée par l'opérateur énergétique.
b- une fonction supplémentaire d'enregistrement de données
Selon une variante de réalisation, l'unité réceptrice avancée pourrait également mesurer et enregistrer la quantité de charge électrique sur laquelle l'action (ON, OFF, etc.) est appliquée.
Les informations enregistrées par l 'unité réceptrice avancée peuvent être téléchargées à la demande et rapatriées de façon différée vers les moyens de diffusion de commande pour traitement statistique par le module de gestion statistique.
Différents types de voies montantes mise en œuvre par les moyens de transmission 412 peuvent être utilisées pour transmettre ces informations afin de créer les données historiques nécessaires au modèle statistique tels qu'une voie montante de type directe appartenant au groupe :
- ligne électrique de l'unité réceptrice avancée,
communication sans fil,
ou une voie montante de type indirecte basée sur une transmission de proche en proche d'une unité réceptrice avancées à une autre en direction desdits moyens de diffusion de commande.
En effet, il est également possible d'étendre le réseau, avec un système basé sur la capacité de réseau maillé (Mesh network) dans lequel l'information est transportée entre les différentes unités réceptrices avancées par des sauts successifs basés sur des communications sans fil de courte distance et menée au point collecteur principal (point d'accès connecté à Ethernet, par exemple, boîtes ADSL ou similaire).
De manière simplifiée, la figure 4 représente une unité réceptrice de type basique et une unité réceptrice avancée. Cependant, il est nécessaire de comprendre que l'un des intérêts de l'invention réside dans le fait que le nombre des unités réceptrices avancées est beaucoup plus faible que celui des unités réceptrice de type basique, afin de limiter le coût de l'installation et la maintenance du système complet. Ainsi, pour un groupe de dix unités réceptrices, neuf basiques et une avancée, une seule voie montante est mise en œuvre par l'unité réceptrice avancée représentative du groupe logique alors que dix liaisons montantes auraient été nécessaires selon l'art antérieur.
Ces coûts moindres sont par ailleurs obtenus grâce à l'utilisation du modèle statistique. Du fait que le modèle statistique est périodiquement ou continuellement mis à jour grâce aux données enregistrées par les unités réceptrices avancées, chaque unité réceptrice avancée doit être judicieusement placée afin de collecter des informations représentatives d'un groupe logique défini selon un critère prédéterminé.
En effet, une utilisation « intelligente » de la notion de groupe logique confère une souplesse et permet une reconfiguration dynamique du réseau énergétique.
L'unité réceptrice avancée est donc l'unité réceptrice représentante d'un groupe logique et enregistre toutes les opérations effectuées suites aux commandes reçues en provenance des moyens de diffusion de commandes. Ainsi, lorsqu'une première commande 44 est émise à destination d'une unité réceptrice basique et une deuxième commande 45 à destination d'une unité réceptrice avancée, ces deux commandes sont, selon un premier mode de réalisation, enregistrées par l'unité réceptrice avancée. Bien entendu, l'émission de deux commandes n'est qu'une option : une seule commande peut tout à fait servir à activer/désactiver conjointement une pluralité d'unités réceptrices et une unité réceptrice avancée. Une seule commande peut également être utilisée pour activer/désactiver conjointement une pluralité de groupes d'unités réceptrices (chaque groupe comprenant une pluralité d'unités réceptrices et au moins une unité réceptrice avancée).
c- une fonction supplémentaire de relais de commandes
Selon une variante de ce premier mode de réalisation (non représentée), l'unité réceptrice avancée peut également comprendre des moyens de diffusion de commandes, de sorte à être apte à réémettre une commande d'activation/désactivation d'une charge d'alimentation connectée à une unité réceptrice du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, et à destination de cette unité réceptrice connectée à ladite charge. En effet, selon la position de l 'unité réceptrice potentiellement visée par la commande d'activation/désactivation émise par les moyens de diffusion de commandes, il est possible que le niveau de réception radio soit faible. C ' est par exemple le cas si la charge potentiellement visée est isolée par exemple dans un sous-sol. Cette variante permet donc à une unité réceptrice avancée de réémettre la commande à destination de l'unité réceptrice isolée afin d'augmenter le niveau d'émission et garantir une bonne réception de cette commande par l'unité réceptrice potentiellement visée.
Ainsi, selon ce premier mode de réalisation, chaque unité réceptrice de type « basique » peut à tout moment être adressée par son identification individuelle malgré son appartenance à un groupe. Elle peut également être retirée d'un groupe auquel elle aura été préalablement affectée.
La possibilité de pouvoir adresser individuellement une unité réceptrice peut permettre la création de service de domotique ciblant un consommateur particulier en plus de la gestion de la demande. Par exemple, on peut imaginer une requête individuelle pour contrôler le démarrage à distance du chauffage d'une maison précise. Selon ce premier mode de réalisation, l'unité réceptrice avancée permet donc de « tracer » et de prouver les opérations d'effacement qui ont été réalisées au sein d'un groupe. Cette application revêt par exemple de l'intérêt pour un particulier qui souhaite conserver une trace précise et détaillée de l'effacement diffus réalisé au sein de sa résidence en cas d'un éventuel litige propre à sa facture énergétique.
d- une fonction supplémentaire de point d'entrée des commandes du groupe qu 'elle représente
Selon un second mode de réalisation, on peut au contraire chercher à minimiser le flux de données et donc le débit nécessaire pour diffuser les commandes. En effet, les signaux de diffusion ont généralement une bande passante et une capacité limitées, notamment pour les signaux de type FM-RDS. Et si l'on vise une réponse rapide réactive des unités réceptrice d'un groupe logique à une commande, le nombre de messages transmis doit être limité. La notion de groupe est, selon ce second mode de réalisation utilisée, à cette fin.
En effet, la mise en œuvre d'un groupe logique selon l'invention permet de mutualiser certaines caractéristiques des unités réceptrices qui le composent. Une telle mutualisation étant par exemple créée sur requête de l'opérateur énergétique souhaitant acquérir et mettre en œuvre le système selon l'invention.
En outre, comme déjà mentionné en relation avec la figure 3 une unité réceptrice donnée peut être affectée à un ou plusieurs groupes, en fonction des besoins de l'opérateur du réseau énergétique. Selon ce second mode de réalisation, un message envoyé à un groupe aura une incidence sur l'ensemble de ses membres. Le nombre de messages RDS contenus dans les signaux FM-RDS est par conséquent réduit et plusieurs unités réceptrices ayant en commun le ou les liens logiques du groupe peuvent être commandées avec un seul message.
Incidemment, on comprend de l'explication précédente que l'un des avantages de l'invention réside dans la possibilité de configurer de manière efficace et continue les groupes qui composent le système : en fonction des besoins, une UR donnée peut appartenir à un premier groupe à un instant donné et à un autre groupe l'instant suivant.
e- une fonction supplémentaire de surveillance de la stabilité du réseau énergétique
En effet, la stabilité en fréquence des réseaux énergétiques est essentielle au maintien de la qualité et de la sécurité de l'équilibre entre offre et demande. Une solution pour éviter tout problème lié à cette rupture d'équilibre est d'anticiper une éventuelle défaillance en surveillant l'instabilité de la fréquence et en intégrant un contrôle dynamique préventif dans certains des appareils de consommation.
Avantageusement, la solution proposée selon l'invention met en œuvre une surveillance de la fréquence du réseau énergétique et permet, en fonction du résultat de cette surveillance, de mettre un appareil, connecté à une unité réceptrice, sous ou hors tension, afin de préserver l'intégrité du réseau énergétique (et celle de l'appareil lui-même par la même occasion). Pour permettre une mesure précise de cette dérive de fréquence à l'échelle d'un réseau par exemple électrique, il est nécessaire que la mesure soit faite de façon parfaitement synchronisée. Il est nécessaire pour cela que toutes les unités réceptrices avancées soient dotées d'un outil de synchronisation leur permettant les mesures suivantes :
- mesurer précisément les déviations de fréquence ;
mesurer la variation dans l'amplitude de tension ;
- mesurer les courants et tensions transitoires ;
- mesurer le contenu harmonique dans les formes d'onde du courant électrique.
Ainsi, la figure 4 illustre par exemple que l'unité réceptrice avancée comprend une unité de mesure de la fréquence du courant électrique 431 1 , et une unité de mesure de l'amplitude de la tension du courant électrique 4313, aptes respectivement à mettre en œuvre les mesures précises de déviations de fréquence et du contenu harmonique des formes d'onde du courant électrique d'une part, et les mesures de variation de l'amplitude de tension ainsi que des courants et tensions transitoires d'autre part.
Différentes méthodes peuvent être utilisées pour obtenir la synchronisation des unités réceptrices avancées. En particulier, pour la diffusion des commandes par signal FM-RDS on utilise par exemple :
un signal diffusé, comprenant d'un train de trame RDS particulier, le pilote RDS qui est très stable et qui peut être extrait du côté récepteur afin d'être utilisé comme une référence de temps global (les émetteurs FM utilisent par exemple une fréquence de base appelée signal pilote de fréquence précise de 19 kHz pour la génération d'un signal RDS), le processus de décodage RDS basé sur le fait qu'après le décodage de chaque bloc RDS, un signal d'interruption est généré à destination du système d'exploitation embarqué (OS) de l'unité réceptrice avancée à une fréquence stable.
Le choix de la méthode de synchronisation dépend de la précision nécessaire et se détermine en fonction d'un compromis de paramètres tels que : le coût global, la précision requise, le temps de synchronisation, la couverture, etc. Ces données sont enregistrées par l'URA afin d'être transmises, à la demande ou non, aux moyens de diffusion de commande et/ou de gestion du réseau. Dans ce mode de réalisation, la synchronisation des différentes unités de réception entre elles s'appuient sur les caractéristiques intrinsèques du signal RDS :
un débit de données constant et fixe de 1187,5 bps modulés par un ton fixe à 3 x 19 KHz de la porteuse FM
- une trame RDS étant constituées de 124 bits peut être considérée comme une base de temps de 21,894 us.
À chaque fois qu'une trame RDS est reçue, une interruption est générée constituant une horloge de base 21,894 us. Il est possible de créer au niveau logiciel d'autre base de temps sur la base d'un message constitué d'un nombre de trame RDS défini, constituant une horloge de base de N x 21 ,894 us.
Chaque unité réceptrice dispose aussi d'une horloge de référence pour le processeur embarqué (aujourd'hui de 6 MHz Clockpro).
Le principe est de constituer une horloge 'virtuelle' et donc une base de temps commune à tous les récepteurs dépendant du même émetteur RDS ou disposés dans un rayon géographique prédéterminé.
Pour constituer une horloge commune à tous les unités réceptrices une trame d'initialisation est transmise et une base de temps d'une horloge virtuelle est créée selon la granularité de la fréquence du processeur embarqué.
5.3 Description d'un mode de réalisation du procédé de gestion de la consommation énergétique
On présente en relation avec la figure 6, le procédé de gestion de la consommation énergétique 60 selon l'invention.
Un tel procédé comprend :
Au moins une étape de diffusion de commandes 61 d'activation/désactivation de charges d'alimentation par des moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation ;
une pluralité 621 d'étapes de réception mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR), chaque unité 620 de la pluralité d'unités réceptrices étant connectée à une charge d'alimentation dédiée, et apte à réceptionner au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge d'alimentation ; au moins une étape de réception 631 mise en œuvre par au moins une unité réceptrice avancée (URA), ladite unité réceptrice avancée 630, mettant en œuvre au moins une étape :
de réception d'au moins une commande d'activation/désactivation d'une charge d'alimentation, et
d'enregistrement de données de ladite au moins une commande d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, ledit groupe comprenant en outre au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices ;
une pluralité 632 d'étapes d'activation/désactivation de charges d'alimentation mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR) et par une pluralité d'unités réceptrices avancées (URA);
une pluralité 633 d'étapes de transmission, sur requête desdits moyens de diffusion de commande, desdites données enregistrées, par ladite pluralité d'unités réceptrices avancées (URA).
Par ailleurs, le procédé comprend en outre une étape d'initialisation de la pluralité d'unités réceptrices et de ladite pluralité d'unités réceptrices avancées mettant en œuvre une identification unique de chaque unité par association au caractéristique de la charge dédiée à laquelle ladite unité est connectée.
Pendant la phase d'initialisation des URs et URAs dans le réseau géré, l'identification unique de chaque unité est associée à la description de la charge ciblée de ses caractéristiques (puissance, etc.). Ces éléments sont enregistrés dans une base de données faisant partie du logiciel de système de gestion des appareils. Par exemple, les paramètres suivants peuvent être enregistrés: l'emplacement, la charge ciblée (type d'appareil, par exemple), la capacité estimée de puissance effaçable, moment au cours duquel la charge peut être ralentie ou mise hors tension, etc.

Claims

REVENDICATIONS
Système de gestion de la consommation énergétique, caractérisé en ce qu'il comprend :
des moyens de diffusion (31, 40) de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation ;
une pluralité d'unités réceptrices (42) (UR), chaque unité de ladite pluralité d'unités réceptrices comprenant des moyens de connexion (422, 4200) à une charge d'alimentation dédiée (48), et des moyens de réception (420) d'au moins une commande d' activation/désactivation de ladite charge d'alimentation, émise par lesdits moyens de diffusion (31 , 40) ;
au moins une unité réceptrice avancée (43) (URA), ladite unité réceptrice avancée (43) comprenant :
des moyens de connexion (4300, 4301) à une charge d'alimentation dédiée,
des moyens de réception (4302) d'au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge d'alimentation, et un récepteur-enregistreur (4310) de données permettant la réception et l'enregistrement de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, ledit groupe comprenant en outre au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices ;
ladite pluralité d'unités réceptrices avancées (URA) comprenant des moyens de transmission (4312) desdites données enregistrées.
Système de gestion de la consommation électrique selon la revendication 1 , c aractéris é en c e que le sdits moyens de diffusion de commande s d'activation/désactivation de charges d'alimentation transmettent lesdites commandes dans des signaux (41) radio FM-RDS ou des signaux de télévision des bandes VHF/UHF à une fréquence prédéterminée.
Système de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de diffusion comprennent des moyens de chiffrement (402) desdites commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation, et en ce que lesdites unité réceptrices ou réceptrices avancées comprennent réciproquement des moyens de déchiffrement (421, 4303) desdites commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation.
4. Système de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 1, lesdits moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation comprennent en outre un module de gestion statistique (310) desdites charges d'alimentation.
5. Système de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices peut être affectée à plusieurs groupes d'unités réceptrices.
6. Système de gestion de la consommation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites unités réceptrices avancées comprennent en outre des moyens de contrôle de la stabilité d'un réseau énergétique appartenant au groupe comprenant :
- une unité de mesure de fréquence (4311) du courant électrique,
une unité de mesure de l'amplitude (4313) de la tension électrique.
7. Système de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites unités réceptrices avancées comprennent en outre un module de synchronisation comprenant au moins un des moyens appartenant au groupe :
moyens de détection d'une trame RDS prédéterminée desdits signaux FM- RDS à une fréquence prédéterminée,
moyens de détection d'un pilote RDS,
moyen de décodage dudit signal RDS et moyens de détection d'un indicateur d'interruption séparant chaque bloc RDS décodé.
8. Système de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une unité réceptrice avancée comprend des moyens de réémission de commande d'activation/désactivation d'une charge d'alimentation connectée à une unité réceptrice du groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, à destination de ladite unité réceptrice connectée à ladite charge.
9. Système de gestion de la consommation électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites données enregistrées sont transmises par l'unité réceptrice avancée sur requête desdits moyens de diffusion de commandes et utilisent :
une voie montante appartenant au groupe comprenant :
une ligne électrique de l'unité réceptrice avancée,
une communication sans fil,
une voie montante basée sur une transmission de proche en proche.
10. Procédé de gestion de la consommation énergétique (60), caractérisé en ce qu'il comprend :
au moins une étape de diffusion (61) de commandes d'activation/désactivation de charges d'alimentation par des moyens de diffusion de commandes d'activation/désactivation ;
une pluralité (621) d'étapes de réception mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR), chaque unité (620) de ladite pluralité d'unités réceptrices étant connectée à une charge d'alimentation dédiée, et étant apte à réceptionner au moins une commande d'activation/désactivation de ladite charge d'alimentation;
au moins une étape de réception (631) mise en œuvre par au moins une unité réceptrice avancée (URA), ladite unité réceptrice avancée (630), mettant en œuvre au moins une étape :
de réception d'au moins une commande d'activation/désactivation de d'une charge d'alimentation, et
d'enregistrement de données de ladite au moins une commande d'activation/désactivation de charges d'alimentation reçues pour un groupe d'unités réceptrices auquel elle appartient, ledit groupe comprenant en outre au moins une unité réceptrice de ladite pluralité d'unités réceptrices ;
une pluralité (632) d'étapes d'activation/désactivation de charges d'alimentation mise en œuvre par une pluralité d'unités réceptrices (UR) et par une pluralité d'unités réceptrices avancées (URA);
une pluralité d'étapes de transmission (633), sur requête desdits moyens de diffusion de commande, desdites données enregistrées, par ladite pluralité d'unités réceptrices avancées (URA).
11. Procédé de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'initialisation de ladite pluralité d'unités réceptrices et de ladite pluralité d'unités réceptrices avancées mettant en œuvre une identification unique de chaque unité par association au caractéristique de la charge dédiée à laquelle ladite unité est connectée.
12. Programme d'ordinateur caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code programme pour la mise en œuvre du procédé de gestion de la consommation énergétique selon la revendication 10, lorsque le programme est exécuté par un processeur.
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