Atlas: Application de distribution d'énergie

1. Introduction – Énoncé du problème

Sur les sites de télécommunications, divers équipements critiques et non critiques remplissent différentes fonctions et nécessitent une alimentation en courant alternatif (CA) ou en courant continu (CC). Des infrastructures spécialisées, telles que les centrales CC (DC Plants), les unités de distribution d’alimentation (PDU), les panneaux de distribution à fusibles pour batteries (BDFB), ainsi que les fusibles et les disjoncteurs, sont donc utilisées afin de générer et de distribuer l’énergie CA et CC de manière sécuritaire et efficace aux différents équipements.

L’un des défis consiste à gérer les charges de courant supportées par chaque centrale CC, PDU et BDFB. Plus précisément, il peut être complexe pour les entreprises de télécommunications et les fournisseurs d’électricité de suivre l’utilisation des équipements de distribution d’énergie sur leurs sites afin de prévenir les surcharges. De plus, lorsqu’une entreprise de télécommunications entreprend de nouveaux projets, des charges électriques supplémentaires sont ajoutées sur les différents sites. Elle doit donc s’assurer que les centrales CC, les PDU et les BDFB disposent d’une capacité suffisante pour prendre en charge ces nouvelles charges.

Dans les sections suivantes, nous verrons comment le logiciel Atlas peut aider les fournisseurs de services de télécommunications à :

  1. Gérer les charges de courant associées aux équipements de distribution d’énergie et garantir une capacité suffisante.
  2. Planifier les projets futurs et gérer l’ajout de nouvelles charges électriques.

2. Collecte des données provenant des équipements

Comme mentionné précédemment, de nombreux équipements présents sur les sites de télécommunications sont utilisés pour générer et distribuer l’énergie CA et CC vers différents appareils. Le tableau ci-dessous présente ces équipements, leurs principales fonctions ainsi que les points de données généralement disponibles à partir de leurs contrôleurs.

Équipment

Fonction principale :

Points de données disponibles :

BDFB (Battery Distribution Fuse Bay)

Distribue l’alimentation CC vers différents équipements tout en assurant une protection individuelle des circuits.

  • Tension d’entrée
  • Tension de sortie
  • Courant consommé
  • Consommation électrique
  • État des fusibles/disjoncteurs

PDU (Power Distribution Unit)

Distribue l’alimentation CA ou CC provenant de la source d’alimentation (centrale CC) vers les équipements connectés.

  • Tension d’entrée
  • Tension de sortie
  • État de surcharge
  • Consommation électrique

Centrale CC (DC Plant)

Génère et gère l’alimentation en courant continu pour les infrastructures critiques des sites de télécommunications.

  • Tension CC fournie
  • Consommation électrique
  • Courant CA d’entrée
  • Tension des batteries
  • Courant des batteries

Bien que les contrôleurs des BDFB, des PDU et des centrales CC fournissent des informations précieuses pour assurer le bon fonctionnement des sites, ils n’offrent pas aux utilisateurs les analyses nécessaires pour optimiser les opérations ni le soutien requis pour planifier les projets futurs.
Dans la prochaine section, nous expliquerons comment Atlas peut aider les fournisseurs de services de télécommunications à gérer les charges de courant sur leurs sites et à planifier l’ajout futur d’équipements.

3. Solution : Créer de la valeur grâce à l’exploitation des données

Figure 1 : Architecture suggérée dans Atlas pour une application de distribution d’énergie

Atlas permet l’intégration et la collecte de données à partir d’équipements intelligents de distribution d’énergie afin de fournir une visibilité en temps réel sur les charges de courant gérées par ces dispositifs ainsi que sur leur niveau d’utilisation. Plus précisément, Atlas est indépendant des fournisseurs (vendor-agnostic) et peut s’intégrer à tout équipement intelligent utilisant les protocoles de communication SNMP et Modbus TCP/IP. À gauche se trouve un exemple d’arborescence d’actifs représentant l’architecture de distribution électrique d’un site pouvant être configurée dans Atlas.

Dans cette architecture, le site se trouve au niveau supérieur. Ce site comprend différents équipements, tels que des systèmes de climatisation (HVAC) et des génératrices. Les applications relatives aux systèmes HVAC et aux génératrices feront l’objet de futurs cas d’usage d’Atlas.

Comme illustré dans l’image, une centrale CC (DC Plant) est également présente sur le site. Deux chaînes de batteries y sont installées. Afin de représenter le flux de distribution électrique, des unités de distribution d’alimentation (PDU) sont positionnées sous la centrale CC dans cette architecture. Sous les PDU se trouvent les panneaux de distribution à fusibles de batteries (BDFB), qui peuvent comporter plusieurs panneaux. Ces panneaux peuvent eux-mêmes intégrer différents nombres de disjoncteurs afin d’alimenter les divers équipements du site.

Dans les sections suivantes, nous verrons comment ces actifs peuvent être reliés entre eux afin de fournir des informations pertinentes et en temps réel sur l’utilisation de l’énergie à chaque étape de la chaîne de distribution électrique.

3.1 Disjoncteurs

Les disjoncteurs se situent au niveau le plus bas de l’architecture de distribution électrique. Ils représentent la dernière étape du processus de distribution d’énergie sur les sites de télécommunications et assurent des fonctions de protection, notamment en cas de surintensité.
L’illustration ci-dessous présente un exemple de formulaire pouvant être configuré pour les disjoncteurs dans Atlas.

Figure 2 : Onglet de formulaire permettant aux utilisateurs d’enregistrer les informations relatives aux disjoncteurs

Dans la Figure 2, les utilisateurs peuvent saisir directement dans le formulaire des informations essentielles sur un disjoncteur : marque, modèle, numéro de série, etc.
Des modèles (templates) peuvent également être créés dans Atlas afin de remplir automatiquement ces champs lors de la création d’un nouvel équipement. Cette interface permet aussi aux utilisateurs d’indiquer le nombre de positions occupées par un disjoncteur donné sur un panneau BDFB. Ces informations sont ensuite utilisées pour calculer le taux d’occupation d’un panneau ou d’un BDFB.
Comme le démontre la Figure 2, Atlas peut servir de base de données puissante pour stocker et consulter les informations les plus importantes relatives aux équipements de distribution électrique.

Comme mentionné précédemment, Atlas permet également d’accéder aux données en temps réel collectées à partir des équipements. La Figure 3 présente un exemple d’interface configurée dans Atlas pour visualiser les données critiques surveillées sur les disjoncteurs.

Figure 3 : Onglet de formulaire pour la surveillance des disjoncteurs et le calcul de leur taux d’utilisation

Dans cet exemple, quatre départs électriques (« feeds ») ont été ajoutés au disjoncteur, mais il est possible d’en ajouter davantage si nécessaire. En effet, l’interface Atlas est entièrement configurable par l’utilisateur et peut être adaptée à la réalité de chaque réseau.

De plus, la capacité du disjoncteur peut être mesurée automatiquement ou saisie manuellement par l’utilisateur. Cela permet de calculer son taux d’utilisation. Plus précisément, Atlas calcule automatiquement l’utilisation du disjoncteur à l’aide de l’équation suivante :

Atlas possède la capacité d’intégrer différentes équations configurables par les utilisateurs. Ces équations sont programmées dans l’interface Atlas à l’aide de scripts LUA.
LUA est un langage de programmation simple et libre utilisé dans Atlas pour configurer des calculs comprenant des opérations arithmétiques, de l’algèbre booléenne, des seuils critiques et bien plus encore. Multitel peut accompagner les utilisateurs dans la configuration de ces scripts et fournir des modèles préconfigurés au besoin.
Un exemple d’un script LUA mettant en œuvre l’équation ci-dessus est présenté en annexe.

Dans la Figure 3, puisque le courant de charge total supporté par le disjoncteur est de 42 A et que sa capacité est de 100 A, un taux d’utilisation de 42 % est automatiquement calculé par Atlas.
Comme illustré à la Figure 1, le taux d’utilisation calculé peut être associé à différents états définis selon des règles d’affaires configurées par l’utilisateur, générant ainsi des icônes de couleurs différentes dans l’arborescence des actifs.
Ainsi, Atlas est un outil puissant qui permet non seulement de suivre l’utilisation des équipements, mais également d’identifier rapidement les situations anormales, telles que les surcharges.

Enfin, les utilisateurs peuvent saisir dans ce formulaire une charge supplémentaire anticipée lors de la planification de nouveaux projets. Atlas peut alors calculer automatiquement un taux d’utilisation prévisionnel du disjoncteur, permettant ainsi de valider que celui-ci dispose de la capacité nécessaire pour supporter la nouvelle charge planifiée.
L’équation ci-dessous est utilisée dans la Figure 3 pour calculer ce taux d’utilisation prévisionnel. Dans cet exemple, puisque la charge additionnelle prévue est de 10 A, le taux d’utilisation prévisionnel du disjoncteur est de 52 %.

3.2 Panneaux

Les informations recueillies au niveau des disjoncteurs sont utilisées pour calculer différents paramètres relatifs aux panneaux des BDFB. Ci-dessous se trouve un exemple de configuration dans Atlas permettant aux utilisateurs d’obtenir des informations critiques sur leurs panneaux.

Figure 4 : Formulaire de surveillance des panneaux BDFB dans Atlas

Dans la Figure 4, le nombre de positions de disjoncteurs occupées est calculé automatiquement par Atlas à partir des informations saisies au niveau des disjoncteurs.
Dans cette interface, les utilisateurs peuvent également saisir ou surveiller le nombre total de positions de disjoncteurs disponibles sur le panneau. Cela permet de calculer automatiquement le nombre de positions libres ainsi que le taux d’occupation du panneau.
Le nombre de positions libres est obtenu en soustrayant le nombre de positions occupées du nombre total de positions disponibles sur le panneau.
Le taux d’occupation du panneau peut être calculé à l’aide de l’équation suivante :

Dans l’exemple de la Figure 4, puisque le panneau possède 20 positions de disjoncteurs et que 12 positions sont occupées, le taux d’occupation calculé est de 60 %. Cette information est particulièrement utile pour les utilisateurs qui souhaitent valider l’espace disponible sur leurs panneaux BDFB, notamment dans le cadre de projets d’expansion futurs.

Par ailleurs, la charge totale de courant supportée par le panneau est automatiquement calculée à partir des données surveillées au niveau des disjoncteurs. Plus précisément, la charge affichée à la Figure 4 correspond à la somme des charges supportées par tous les disjoncteurs installés sur ce panneau.
La capacité du panneau peut également être surveillée automatiquement ou saisie manuellement par l’utilisateur. Le taux d’utilisation du panneau peut alors être calculé selon l’équation suivante :

Dans le cas de la Figure 4, puisque la charge totale est de 349 A et que la capacité du panneau est de 500 A, le taux d’utilisation résultant est de 69,8 %.

Comme pour les disjoncteurs, il est également possible de calculer une utilisation prévisionnelle du panneau. En effet, la charge additionnelle prévue affichée à la Figure 4 est calculée à partir des charges additionnelles planifiées pour chacun des disjoncteurs présents sur le panneau.
L’utilisation prévisionnelle du panneau peut donc être calculée à l’aide de l’équation suivante :

3.3 BDFBs

Une fois les données recueillies au niveau des panneaux intégrées, un formulaire peut être généré dans Atlas afin de surveiller le taux d’occupation des positions de disjoncteurs ainsi que le taux d’utilisation global des BDFB.
Un exemple de ce type de formulaire est présenté à la Figure 5.

Figure 5 : Formulaire de surveillance des BDFB dans Atlas

Ce formulaire est similaire à celui présenté à la Figure 4 pour les panneaux, mais il affiche les données à l’échelle de l’ensemble du BDFB.
Par exemple, les informations relatives au nombre de positions de disjoncteurs ainsi qu’à la charge totale de courant sont calculées à partir des données collectées sur tous les panneaux associés à ce BDFB.

3.4 PDUs

Au début de la chaîne de distribution électrique se trouvent les unités de distribution d’alimentation (PDU), qui distribuent l’énergie électrique aux différents équipements en aval.
La Figure 6 présente un exemple de formulaire personnalisé configuré dans Atlas pour la surveillance des PDU.

Figure 6 : Formulaire de surveillance des PDU dans Atlas

Comme illustré à la Figure 6, il est possible de surveiller dans Atlas des données critiques provenant des PDU, notamment le courant, la tension et le facteur de puissance.
La charge totale supportée par le PDU est également calculée à partir des données recueillies au niveau des BDFB. Ainsi, les taux d’utilisation actuel et prévisionnel du PDU sont calculés à l’aide de la même méthodologie que celle utilisée pour les panneaux et les BDFB.

3.5 Centrales CC (DC Plants)

Les centrales CC constituent le point de départ du processus de distribution électrique. Elles se trouvent au sommet de l’arborescence des actifs présentée à la Figure 1.
Un exemple de formulaire configuré dans Atlas pour la surveillance des centrales CC est présenté à la Figure 7.

Figure 7 : Formulaire de surveillance des centrales CC dans Atlas

De nombreux paramètres peuvent être surveillés à partir des centrales CC, notamment la température et la tension.
La surveillance de la tension est particulièrement importante pour suivre les cycles de charge des batteries et ainsi assurer la fiabilité de l’alimentation électrique.
Comme illustré à la Figure 7, les taux d’utilisation actuel et prévisionnel de la centrale CC peuvent également être calculés.

4. Résultats et avantages

L’architecture proposée ci-dessus permet aux utilisateurs d’Atlas de surveiller la charge de courant, la capacité disponible et le taux d’utilisation à chaque niveau du processus de distribution électrique.
De plus, Atlas permet de suivre les positions de disjoncteurs disponibles et occupées sur les panneaux BDFB.
De manière générale, l’utilisation d’Atlas pour les applications de distribution d’énergie présente plusieurs avantages clés.

Gestion performante du réseau: Les données recueillies à partir des équipements de distribution électrique sur l’ensemble des sites peuvent être centralisées dans la vue réseau d’Atlas, permettant ainsi une gestion globale des équipements à l’échelle du réseau.
La Figure 8 présente un exemple de vue réseau personnalisée créée dans Atlas pour visualiser les BDFB à travers un réseau de télécommunications.

Figure 8 : Vue réseau personnalisée dans Atlas pour la visualisation des BDFB

Comme illustré à la Figure 8, la vue réseau d’Atlas comprend un tableau dynamique qui affiche les données et informations les plus critiques provenant des équipements, accompagnées d’états définis selon les règles d’affaires de l’utilisateur.
Cette approche permet aux utilisateurs de gérer leurs équipements de distribution électrique de façon proactive et fournit des indicateurs de priorisation pertinents lorsque des actions correctives sont nécessaires.

Fiabilité accrue du réseau: Atlas permet le suivi des capacités et des charges à chaque niveau du processus de distribution électrique. Les conditions anormales, telles que les surintensités, peuvent ainsi être détectées rapidement.
Par exemple, grâce à une vue réseau comme celle présentée à la Figure 8, les utilisateurs peuvent rapidement identifier les équipements présentant les taux d’utilisation et les taux d’occupation les plus élevés.
L’utilisation d’Atlas pour la surveillance des équipements de distribution électrique permet également d’être alerté en cas de sous-tension ou de déséquilibre des charges. Les utilisateurs peuvent ainsi s’assurer que les charges sont réparties de façon équilibrée entre les différents circuits et chemins de distribution électrique du site.

Capacités de planification renforcées: Puisque les charges et les capacités sont surveillées à chaque niveau du processus de distribution électrique, Atlas constitue un outil précieux pour la planification du déploiement de nouveaux équipements et des projets d’expansion.
Les utilisateurs peuvent facilement identifier les circuits qui ne fonctionnent pas à pleine capacité et qui sont en mesure d’accueillir des charges supplémentaires associées à de nouveaux équipements.
De plus, Atlas permet de repérer rapidement les panneaux BDFB disposant encore de positions de disjoncteurs disponibles pour l’alimentation de nouveaux équipements.

Optimisation de la consommation énergétique et réduction des coûts: Comme le taux d’utilisation est calculé et surveillé pour chaque équipement de distribution d’énergie présent sur le site, Atlas permet aux utilisateurs d’identifier facilement les équipements sous-utilisés qui pourraient consommer de l’énergie inutilement.
Les entreprises de télécommunications et les fournisseurs de services publics peuvent ainsi optimiser l’architecture de distribution électrique de leurs sites et réduire le gaspillage énergétique.

Maintenance facilitée des équipements: Le fait de disposer dans Atlas d’une représentation détaillée de l’architecture de distribution électrique facilite les opérations de maintenance et de réparation nécessitant la mise hors tension de certains équipements ou disjoncteurs.
Plus précisément, Atlas permet aux utilisateurs d’identifier quels disjoncteurs ou fusibles alimentent les différents équipements présents sur les sites.
Les utilisateurs peuvent ainsi déterminer rapidement quels disjoncteurs doivent être désactivés pour effectuer certaines interventions de maintenance et évaluer les impacts potentiels sur les autres équipements reliés au même circuit.

Accès à des indicateurs de performance (KPI) pertinents: Atlas donne accès à des indicateurs de performance clés (KPI) permettant d’obtenir une vision globale de l’état du réseau et de ses équipements.
Par exemple, des tableaux de bord personnalisés peuvent être configurés dans Atlas afin de fournir une vue d’ensemble du réseau.
L’illustration ci-dessous présente un exemple de tableau de bord conçu pour les centrales CC.
Grâce à ce type de tableau de bord, les utilisateurs peuvent rapidement et en temps réel :
Connaître le nombre de sites actuellement alimentés par leurs batteries.
Identifier le nombre de sites présentant un faible temps d’autonomie des batteries.
Repérer le nombre de sites dont le taux d’utilisation des centrales CC est élevé.
Ces indicateurs facilitent la prise de décision, améliorent la gestion proactive du réseau et permettent une meilleure priorisation des actions correctives.

Figure 9 : Exemple de tableau de bord configuré dans Atlas pour les centrales CC

5. Conclusion

Ce document a démontré comment Atlas peut aider les entreprises de télécommunications et les fournisseurs de services publics à suivre les capacités de charge à chaque étape du processus de distribution électrique sur leurs sites.
Plus précisément, des exemples d’interfaces de surveillance ont été présentés pour les équipements suivants :

  • DC Les centrales CC (DC Plants);
  • Les unités de distribution d’alimentation (PDU);
  • Les BDFB intelligents;
  • Les panneaux de distribution; et
  • Les disjoncteurs et fusibles.

Il a été démontré que la surveillance de ces équipements à l’échelle du réseau à l’aide du logiciel Atlas permet de détecter plus facilement des conditions anormales, telles que les surcharges.
Le calcul et le suivi des taux d’utilisation à chaque niveau de la distribution électrique, ainsi que le suivi des positions de disjoncteurs disponibles, permettent également aux entreprises de télécommunications et aux fournisseurs d’électricité de mieux planifier leurs projets d’expansion et l’intégration de nouveaux équipements.
Par ailleurs, une utilisation optimisée des équipements peut aider les organisations à réduire leur consommation énergétique et les coûts qui y sont associés.

Enfin, le suivi des données liées à la distribution électrique facilite les différentes opérations de maintenance requises sur les sites de télécommunications.. De façon générale, l’utilisation d’Atlas pour la surveillance de la distribution électrique permet d’améliorer considérablement l’efficacité opérationnelle, de réduire les interruptions de service grâce à une maintenance proactive et de soutenir une prise de décision fondée sur les données pour les projets de modernisation des infrastructures et les stratégies de gestion de l’énergie.

6. Annexe

La Figure 10 présente un exemple de script LUA programmé dans Atlas afin de calculer le taux d’utilisation d’un disjoncteur à l’aide de l’équation suivante :

Figure 10 : Exemple de script LUA configuré dans Atlas pour le calcul du taux d’utilisation d’un disjoncteur

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