Analysis and modelling of radio frequency interferences induced by electric arc discharges in high voltage substations

Résumé

Dans le contexte général des réseaux électrique intelligent (smart grid), l’utilisation des systèmes de communication analogique et/ou numérique avancés dans les postes à haute-tension permet d’améliorer significativement, l’efficacité, la qualité et la sécurité du réseau électrique. En effet, le déploiement d’un réseau de capteurs intelligents permet l’émergence d’outils de diagnostique, de décision et de contrôle, plus performants, à la fois, rapides et automatisés sur les équipements majeurs des postes tel que les transformateurs de courant, de tension et de puissance, les disjoncteurs et sectionneurs. Les capteurs sans fil offrent un énorme potentiel dans ce domaine. Cependant, les environnements des postes sont sujet à de fortes perturbations électromagnétiques qui affectent ostensiblement les performances des communications sans fil. Ce projet de recherche consiste à identifier, analyser, caractériser et modéliser les interférences électromagnétiques dans les postes à haute-tension avec l’optique de déployer des réseaux de communication sans fil. Dans une première partie, nous proposons un protocole de mesure radio fréquence afin d’identifier et de caractériser les sources d’interférences électromagnétiques sur une bande de fréquence allant de 800 MHz à 5 GHz dans les postes à haute-tension. Les sources majeures de perturbations sont les irradiations causées par les décharges partielles. Les signaux induits sont caractérisés par de fortes impulsions transitoires et les occurrences ont la particularité d’être cyclostationnaire. Ensuite, nous proposons une méthode de caractérisation permettant de mesurer les caractéristiques physiques des signaux émis par les décharges en termes de statistiques du premier- et du second-ordre. Dans une seconde partie, nous étudions la modélisation des sources d’interférences électromagnétiques induites par les décharges partielles. Dans un premier temps, nous proposons un modèle complet et cohérent qui lie les caractéristiques physiques des équipements haute tension au spectre radio fréquence des sources de bruit impulsif. En utilisant des métriques statistiques de validation, nous avons pu mesurer la qualité de l’ajustement permettant, ainsi, de valider le modèle en termes de statistiques du premier- et du second-ordre. Enfin, nous proposons un modèle généralisé lorsque plusieurs sources de décharges partielles ont lieu dans l’espace et dans le temps. En se basant sur un champ d’interférences de Poisson dans l’espace et le temps, nous dégageons certaines propriétés statistiques intéressantes sur les moments, les cumulants et les principales distributions de probabilités. Ceux-ci peuvent, à leur tour, être utilisés dans les algorithmes de traitement du signal pour l’identification rapide des décharges partielles, de la localisation, et des techniques d’atténuation du bruit impulsif pour les communications sans fil dans les postes.

Date	26 avr. 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Gagnon (Directeur(-trice)) & Basile L. Agba (Codirecteur(-trice))