SMART GRID INTRODUCTION LA SOLUTION DE LORENZO

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1 INTRODUCTION LA SOLUTION DE LORENZO Ce système éducatif a été conçu pour l'étude et la compréhension des concepts liés à la gestion intelligente de l'énergie électrique. Ce concept, appelé Smart Grid, se réfère à un réseau de communication de support à un réseau de distribution "intelligente" de l'électricité, capable d'éviter les pertes d'énergie, les surcharges ou les chutes de tension. Tout surplus d'énergie produite dans une certaine zone est dynamiquement et immédiatement redistribué. Ces réseaux sont contrôlés par un logiciel approprié et par instruments de surveillance intelligents, capables de retracer tous les flux d'énergie du système électrique. En outre, un réseau Smart Grid stabilise et surveille de façon plus simple la tension électrique qui atteint le consommateur, un facteur de qualité très important pour l'utilisateur final, qui peut bénéficier d'une baisse des coûts grâce à l'efficacité du système. C'est aussi très facile pour les consommateurs de choisir leur opérateur et de stimuler la concurrence. En outre, il est plus facile de mettre en réseau la puissance pour les consommateurs qui ont des petites installations domestiques, par exemple, avec des systèmes pour la production d'énergie à partir de panneaux photovoltaïques.

2 Schéma de principe du système modulaire pour l'étude des Smart Grid SMART GRID Le laboratoire a une structure modulaire et se compose de panneaux qui peuvent être installés sur un cadre vertical. Grâce à un approche pratique et directe, ce laboratoire offre aux étudiants la possibilité d'effectuer de nombreuses expériences sur la technologie des Smart Grid.

3 Le Smart Grid est géré par un logiciel développé par De Lorenzo qui trace toutes les variables d'un système réel et qui contrôle et gère les activités des différentes sections qui composent le système. Voici quelques exemples des écrans du logiciel:

4 Outre l'étude des concepts relatifs au Smart Grid, ce système d'enseignement est pluridisciplinaire et permet, grâce à l'utilisation des modules individuels ou des groupes de panneaux, aussi la possibilité d'étudier en profondeur d'autres aspects de l'ingénierie électrique, tels que: Les machines synchrones Les machines asynchrones Les moteurs Brushless Les installations photovoltaïques de type grid La correction du facteur de puissance Les transformateurs Les relais de protection

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15 LISTE DES MODULES DL 2108T26 MOTEUR BRUSHLESS AVEC CONTRÔLEUR 2 DL 1021/4 MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ 1 DL 1013A BASE UNIVERSELLE 2 DL 1026P4 MACHINE SYNCHRONE TRIPHASÉE 1 DL 1017R CHARGE RÉSISTIVE 1 DL 1017L CHARGE INDUCTIVE 1 DL 1017C CHARGE CAPACITIVE 1 DL 2108TAL CP MODULE D ALIMENTATION TRIPHASÉE 1 DL 1067S ALIMENTATEUR MOTORISÉ 1 DL 7901TT MODÈLE DE LIGNE 360 KM 1 DL 7901TTS MODÈLE DE LIGNE 110 KM 1 DL 10065N UNITÉ DE MESURE NUMÉRIQUE DE PUISSANCE ÉLECTRIQUE 2 DL 2109T29 COMPTEUR D ÉNERGIE TRIPHASÉE 3 DL 2108T25 RELAIS DE CONTRÔLE DU SYNCHRONISME ET DE SYNCHRONISATION 1 DL 2108T23 FEEDER MANAGER RELAIS 1 DL 2108T02 INTERRUPTEUR DE PUISSANCE 3 DL 2108T02A INTERRUPTEUR DE PUISSANCE 1 DL 2108T19 CONTRÔLEUR DE L ÉNERGIE RÉACTIVE 1 DL 2108T20 BATTERIE DE CONDENSATEURS COMMUTABLES 1 DL 9031 INTERRUPTEUR MAGNÉTOTHERMIQUE DIFFÉRENTIEL 1 DL 9013G INVERSEUR GRID 1 PFS-85 MODULE PHOTOVOLTAÏQUE INCLINABLE 1 DL SIMSUN LAMPES POUR SIMULATEURS SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES 1 DL WINDSIM SIMULATEUR DU VENT 1 DL HUBRS485F COMMUNICATION MODBUS 1 DL SCADA3 SOFTWARE SCADA 1 DL 1080TT TRANSFORMATEUR TRIPHASÉ 3 DL 1155SGWD JEU DE CÂBLES DE CONNEXION 1 DL AS BANC DE TRAVAIL 2 DL M-AS2 CADRE A TROIS NIVEAUX DOUBLE 1 DL PCGRID ALL-IN-ONE PERSONAL COMPUTER 1 SOCKET-MAIN JEU DE PRISES 1 SOCKET-EXT PRISES ADDITIONNELLES 1 DL 2100TT TRANSFORMATEUR TRIPHASÉ 1 Pour commander tout ce qui précède, vous devez utiliser le code de commande: DL SGWD Options: o Connexion au réseau de l énergie éolienne. Il permet d'ajouter un système d'énergie éolienne en parallèle au système solaire photovoltaïque dans la section de l'utilisation de l énergie code de commande: DL SGWD-W (qui comprend le DL SGWD et l option DL WIND-A1G). o Inverseur Back to back (DL 2108T29), qui intègre le simulateur éolien DL WPP dans le système Smart Grid. Avec cette option, le moteur triphasé à cage (DL 1021/4) est remplacé par le moteur triphasé à bagues (DL 1022P4). o LAN sans fil. Il permets une connexion sans fil avec les ordinateurs et les tablettes (pas inclus) code de commande: DL TC78 (en plus de DL SGWD)

16 MODULE D ALIMENTATION TRIPHASÉE LES MODULES Disjoncteur du circuit de dispersion envers masse fonctionnant avec courant à 25A, sensibilité de 30mA. Interrupteur de protection du moteur à pôle triple: de 6,3 à 10 A. Lampe témoin pour indiquer le courant triphasé. Sortie à 5 terminaux: L1, L2, L3, N et PE. Interrupteur pour simulation de source d énergie éolique ou photovoltaïque. DL 2108TAL-CP TRANSFORMATEUR TRIPHASÉ Transformateur triphasé pour alimenter un modèle de ligne de transmission à 380 kv avec facteur d échelle 1:1000. Primary 3 x 380 V avec prise intermédiaire à 220 V connexion à étoile ou triangle DL 1080TT Secondary 3 x 220 V avec prises intermédiaires à +5%, 5%, 10%, 15% connexion à étoile pour 3 x 380 V différentes connexions à étoile possibles puissance nominale: 800 VA

17 FEEDER MANAGER RELAIS DL 2108T23 Relais triphasé multifonction de courant, tension et défauts à terre pour protection et contrôle des lignes de distribution MT / AT. Les mesures en temps réel des valeurs primaires des variables d'entrée sont toujours disponibles sur l'écran ainsi que via le port série. La programmation du relais peut se faire soit via le clavier sur la face avant ou via la liaison série. Les programmations, les événements et les enregistrements oscillographiques sont stockés dans une mémoire non volatile (EPROM). Le relais est muni de sa propre source d'alimentation interne de type multi-tension à sélection automatique, auto-protégée et isolée galvaniquement par l'intermédiaire d'un transformateur. 3 Seuils de courant de phase programmables de façon directionnelle ou non-directionnelle 3 Seuils de courant de terre programmables de façon directionnelle ou non-directionnelle Courbes d intervention sélectionnables conformément aux normes IEC et IEEE 2 Eléments de tension Min./Max. 2 Eléments de fréquence Min./Max. Elément de Max. tension homopolaire 2 Eléments de déséquilibre de courant 1 Elément de Min. tension, séquence positive 1 Elément de Max. tension, séquence négative Circuit de supervision circuit ouverture interrupteur Disjoncteur (OUVRE / FERME) Défaillance disjoncteur Une porte de communication série RS232 sur la face avant RS485 Relais de sortie programmables de l utilisateur Entrées numériques programmables de l utilisateur MODÈLE DE LIGNE Modèle d une ligne aérienne de transmission de l énergie longue 360 km, tension 380 kv et courant 1000 A. Facteur d échelle: 1:1000 DL 7901TT

18 MODÈLE DE LIGNE Modèle d une ligne aérienne de transmission de l énergie longue 100 km, tension 380 kv et courant 1000 A. Facteur d échelle: 1:1000 DL 7901TTS COMPTEUR D ÉNERGIE TRIPHASÉE Analyseur d énergie triphasée contrôlé par microprocesseur. Mesure de tensions, courants, fréquences, puissance active, réactive et apparente. Tension d entrée: 500 V (max. 800 Vrms) Courant d entrée: 5 A (max. 20 Arms) Fréquence de travail: Hz Alimentation: réseau monophasé DL 2109T29 INTERRUPTEUR DE PUISSANCE Interrupteur de puissance triphasé avec contact auxiliaire fermé (DL 2108T02) ou normalement ouvert (DL 2108T02A). Capacité de contact de charge: 400 Vca, 3 A Alimentation: réseau monophasé DL 2108T02 et DL 2108T02A

19 RELAIS DE CONTRÔLE DU SYNCHRONISME ET DE SYNCHRONISATION DL 2108T25 Le relais de synchronisation mesure la tension et la fréquence de deux entrées ; la tension, la fréquence et l'angle de phase d'entrée du générateur (G) sont comparés à ceux du bus d'entrée (B) considéré comme référence. Fonctions: Synchronisation automatique et contrôle de synchronisme Régulation tension et fréquence Contrôle de fermeture de l interrupteur avec supervision de l angle de phase Prévention fonctionnement comme moteur Forcement parallèle dans conditions statiques Enregistrement des événements Protocole de communication Modbus Synchronisation du générateur avec la barre de référence: Fonctionnement en barre de tension o sans tension Contrôle différence admissible de tension réglable Régulation automatique de l angle de phase pour contrôle interrupteur Contrôle différence admissible de fréquence réglable Contrôle différence admissible de phase réglable Régulation impulsions d augmentation/ diminution pour le régulateur de vélocité Régulation impulsions d augmentation/diminution pour le régulateur de tension Contrôle Min/Max tension de barre admissible réglable Contrôle Min/Max fréquence de barre admissible réglable Forcement du parallèle en conditions de déphasage statique Synchronisation rapide avec impulsions de contrôle proportionnels à la différence de vélocité et tension 3 entrées numériques opto-isolées 2kV ALIMENTATEUR MOTORISÉ Pour alimenter à tension variable les dispositifs de freinage et les excitations des machines avec contrôle manuel ou automatique. DL 1067S Sortie cc: de 0 à 210 V, 2 A Réglage automatique de l'excitation pour maintenir une tension constante Alimentation: 220 V, 50/60 Hz

20 MOTEUR BRUSHLESS AVEC CONTRÔLEUR DL 2108T26 Etude du contrôle automatique pour un moteur brushless. Contrôle et fonctionnement d'un moteur brushless en tension. Le système permet l'étude du fonctionnement d'un moteur brushless dans un processus typique de l'automatisation industrielle. L'étudiant a la possibilité d'apprendre à contrôler et configurer une tâche automatisée. Le système de contrôle et de surveillance se fait par l'intermédiaire d'un logiciel capable de: Définir les paramètres du système Tracer des courbes graphiques Surveiller en temps réel le système (couple, vitesse,...) Caractéristiques Moteur brushless avec codeur électronique, puissance 1 kw Contrôle du système en fréquence et tension Système de freinage mécanique pour l'analyse du couple Sorties du codeur pour l'analyse de la vitesse Système de contrôle et suivi des événements Bouton-poussoir pour démarrer et arrêter l'action et arrêt automatique en cas d'alarme. Logiciel complet pour PC connecté au système via RS485. MACHINE SYNCHRONE TRIPHASÉE Machine avec inducteur lisse et enroulement triphasé induit sur le stator pour fonctionnement soit comme alternateur soit comme moteur synchrone. Puissance: 1 kva Tension: 220/380 V Δ/Y Courant: 2.6/1.5 A Δ/Y Vitesse nominale: 1500 rpm, 50 Hz Vitesse nominale: 1800 rpm, 60 Hz DL 1026P4 Enroulement d'excitation sur le rotor.

21 CHARGE RÉSISTIVE Charge résistive variable à sept positions mono ou triphasée. Max. puissance: 3 x 400 W Max. tension: 220/380 V Δ/Y DL 1017R CHARGE INDUCTIVE Charge inductive variable à sept positions mono ou triphasée. Max. puissance: 3 x 300 VAR Max. tension: 220/380 V Δ/Y DL 1017L CHARGE CAPACITIVE Charge capacitive variable à sept positions mono ou triphasée. Max. puissance: 3 x 275 VAR Max. tension: 220/380 V Δ/Y DL 1017C

22 MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ À CAGE Moteur à induction avec enroulement triphasé sur le stator et à cage d'écureuil noyé dans le rotor. Puissance: 1.5 kw Tension: 220/380 V Δ/Y 4 pôles Vitesse nominale: 1500 rpm, 50 Hz Vitesse nominale: 1800 rpm, 60 Hz DL 1021/4 COMMUNICATION MODBUS HUB qui permet la communication et le contrôle par PC des modules de mesure et des moteurs brushless. DL HUBRS485F SCADA LOGICIEL pour acquisition de données et contrôle. DL SCADA3

23 INTERRUPTEUR MAGNÉTOTHERMIQUE DIFFÉRENTIEL Courant max.: 10A Seuil d'intervention différentielle: 30mA DL 9031 UNITÉ DE MESURE NUMÉRIQUE DE PUISSANCE ÉLECTRIQUE DL 10065N Mesure en courant continu de: tension, courant, puissance et énergie. Mesure en courant alternatif de: tension, courant, puissance, énergie active, énergie réactive, énergie apparente, cosphi et fréquence. Tension continue: 300 V Courant continu: 20 A Tension alternative: 450 V Courant alternatif: 20 A Puissance: 9000 W Alimentation monophasée: V, 50/60 Hz Communication: RS485 avec protocole MODBUS RTU INVERSEUR GRID Courant max.: 30A Tension: 12V Puissance: 360W DL 9013G

24 MODULE PHOTOVOLTAÏQUE INCLINABLE 90W, 12V, avec une cellule pour mesurer le rayonnement solaire et un capteur de température. PFS-85 LAMPES POUR SIMULATEURS SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES DL SIMSUN SIMULATEUR DU VENT L'intensité de la lumière peut être réglée manuellement par un potentiomètre ou contrôlée automatiquement par une entrée 0-10 V, afin de permettre la réalisation d'expériences avec différentes intensités de lumière, donc, simulant les conditions de lumière de l'aube jusqu au crépuscule. 4 lampes halogènes, 300 W chacune Gradateur pour commander l'intensité de lumière Interrupteur différentiel magnétothermique, 10 A Potentiomètre, 10 k Système composé par: capteur de vitesse et de la direction du vent, alimentation, ventilateur, potentiomètre, circuit de mesure, RJ45 et interface RS485. Il permet de simuler la force et la direction du vent. DL WINDSIM BASE UNIVERSELLE DL 1013A Structure en alliage de duralumin assemblée sur des pieds en gomme anti-vibration, équipée de guides de glissement pour fixer une et deux machines. Complet de protection du joint de couplage.

25 CONTRÔLEUR DE L ÉNERGIE RÉACTIVE DL 2108T19 Relais pour réglage automatique de facteur de puissance en systèmes avec charge inductive. Gamme de réglage du facteur de puissance: ind Sensibilité: K Visualisation à 2 digit Relais de sortie pour connexion de batteries: 4 contacts NO avec indication à LED Capacité de contact du relais de sortie: 400 Vca, 5A Tension d alimentation: triphasé de réseau Circuit d entrée ampérométrique: 5A (250 ma min.) Relevé automatique de la fréquence. BATTERIE DE CONDENSATEURS COMMUTABLES DL 2108T20 Système de commutation avec lequel différentes valeurs de capacité peuvent être connectées au réseau pour compensation d énergie réactive. Quatre niveaux de commutation chacun consistant en 3 condensateurs connectés à étoile avec résistors de décharge: niveau 1 (bobine b1): 3 x 2 μf/450 V niveau 2 (bobine b2): 3 x 4 μf/450 V niveau 3 (bobine b3): 3 x 8 μf/450 V niveau 4 (bobine b4): 3 x 16 μf/450 V Énergie de compensation: max VAr a 50 Hz, 380 V Chaque niveau de commutation peut être contrôlé séparément: à l intérieur, de 4 interrupteurs de sélection à l extérieur, de 4 entrées de contrôle Tension de fonctionnement de la bobine: 220 Vca. JEU DE CÂBLES DE CONNEXION Jeu de câbles de connexion. DL 1155SGWD

26 BANC DE TRAVAIL AVEC CADRE DL AS + DL M-AS2 Banc de travail avec cadre à trois niveaux double (tabourets pas inclus). Le système comprend un All-In-One PC. DIMENSIONS DE L'ENTRAÎNEUR Tous les modules de l entraîneur sont montés sur un cadre à trois niveaux double qui, à son tour, est assemblé sur un banc de travail à deux places. Les dimensions de chaque banc de travail sont: 2000 x 1000 x 800 (h) mm. Sur le dessus du banc, à côté des cadres, il y a des modules additionnels, c est-à-dire machines électriques, charges, transformateurs, etc. En outre, on a le panneau photovoltaïque avec la lumière et la turbine éolienne (optionnelle). L espace total de la classe pour l installation et le fonctionnement du système est d environ 6 m. x 2 m. = 12 m 2. L emballage pour l'expédition dans deux caisses en bois est le suivant: Caisse 1 Caisse 2 dimensions: 212 x 112 x 113 (h) cm. dimensions: 212 x 112 x 113 (h) cm. volume: 2.68 m 3 volume: 2.68 m 3 poids brut: 437 kg. poids brut: 390 kg. poids net: 322 kg. poids net: 275 kg.

27 OPTION 1: DL WIND-A1G SIMULATEUR MODULAIRE D'ÉNERGIE ÉOLIENNE AVEC RACCORDEMENT AU RÉSEAU Système didactique pour l'étude de la production d énergie électrique à partir d une éolienne et son raccordement au réseau électrique. Le système comprend un ensemble de modules de commande, instruments et applications, une éolienne, un kit moteur pour commander l éolienne en absence de vent et manuels descriptif et pratique. Le système est composé des suivant modules: o o o o o o o o o o Module de mesure Module de conversion CA/CA Résistance de freinage, 250W, 3 Ohm Module avec lampes à tension de réseau Module de mesure de l énergie Interrupteur magnétothermique différentiel Distributeur de réseau Kit moteur pas à pas et module d alimentation Générateur du vent: 400W, 12Vac Capteur du vent: Anémomètre et capteur de la direction du vent sur support Il comprend aussi: o Cadre à deux niveaux o Jeu de câbles de connexion o Manuel descriptif et pratique o Manuel d instruction de l éolienne Complété de logiciel d'acquisition automatique de données.

28 Wireless LAN (WLAN) OPTION 2: DL TC78 Le but de cette option est double. Tout d'abord, le formateur est utilisé pour fournir une connexion sans fil à la section informatique du système Smart Grid, donnant la possibilité à l enseignant et aux élèves de accéder au logiciel SCADA au moyen d'un ordinateur portable sans fil ou une tablette. Deuxièmement, le formateur permet d'étudier tous les composants et les caractéristiques techniques d'un réseau local sans fil, comme détaillé ci-dessous. En fait, les systèmes de communication modernes sont fondamentaux pour la surveillance du comportement des installations SCADA. Formation d un technicien installateur et entreteneur de systèmes de réseaux locales sans fil en mesure de: - Connaître les principes, les normes et les dispositifs couramment utilisés dans les WLAN. - Installer et configurer les réseaux sans fil. - Effectuer l'entretien, le dépannage, les tests sur les WLAN. Composé par: o Point d accès sans fil LAN (DL TC78 AP) o Adaptateur sans fil LAN USB (Quantité deux - DL TC78 WA) o Logiciel avec théorie, questionnaires, expériences, programmes de soutien (DL TC78 SW) Parcours formatif: Le parcours formatif couvre les suivants arguments: Introduction aux réseaux locaux sans fil (Wi-Fi) Structure du niveau MAC (Media Access Control) Structure du niveau PHY (Physical layer) Dispositifs pour réseaux locaux sans fil Les réseaux WLAN, exercices

29 Liste des expériences Introduction aux réseaux sans fil Qu'est-ce que c est un réseau sans fil Les réseaux sans fil et la norme IEEE Autres technologies de réseau sans fil Les composants du système RF d'émission / réception Modulation RF Propagation du signal RF and interférence Réseaux sans fil et sécurité Le IEEE standard L importance du standard La famille IEEE 802 Les composants du réseau sans fil Types de réseaux sans fil Services de réseaux IEEE : le niveau MAC Les fonctions principales du niveau MAC Transmission des données Connectivité Timing et synchronisation IEEE : le niveau physique La structure du niveau physique Les fonctions du niveau physique Le standard Le a standard Le b standard Le g standard Le n standard Types de réseaux sans fil et composants Types de réseaux sans fil Client Points d accès Antennes Amplificateurs Points d accès et applications Le points d accès sans fil 300N Modes d opération Sécurité: WEP Sécurité: WPA Sécurité: Server RADIUS Sécurité: filtrage MAC Antennes Propagation du signal RF Caractéristiques des antennes Types d antennes