5G-based Grid Protection, Automation, and Control : Investigation, design, and implementation

Le système électrique entreprend des changements critiques en raison du déploiement accéléré des ressources énergétiques distribuées (DER), ainsi que des innovations récemment introduites comme le stockage omniprésent (batteries, V2G), l'automatisation de la distribution et l'Internet des objets (IoT). Le réseau qui en résulte incarne une évolution d'un système aveugle, centralisé et unidirectionnel vers un système hautement connecté, décentralisé et bidirectionnel, simplement appelé "smart grid". Afin de garantir la sécurité des personnes et des biens, les DER suivent des règles de protection statique qui limitent leur intégration au système électrique. Pour surmonter cela, des mécanismes de protection adaptatifs sont nécessaires, avec des exigences strictes en matière de vitesse et de fiabilité des communications. Le réseau de télécommunications 5G est capable de résoudre ces problèmes, par des connexions IoT massives et des services critiques, offrant une opportunité unique de repenser le mode de fonctionnement des protections électriques. La présente thèse propose une nouvelle approche pour concevoir et mettre en œuvre des systèmes de protection, d'automatisation et de contrôle (PAC) qui surmontent les limitations actuelles et permettent une intégration plus facile des DERs. Dans la première partie, une nouvelle approche pour la conception et la mise en œuvre des systèmes PAC est décrite. L'approche s'appuie sur les progrès des technologies opérationnelles et de l'information (OT/IT) pour collecter en toute sécurité davantage de données à partir des équipements électriques déployés, tout en respectant les contraintes de communication. Les données collectées sont traitées à différents niveaux pour proposer la meilleure solution possible, améliorant l'observabilité du réseau et permettant une meilleure coordination entre les composants pour répondre rapidement et efficacement à tout changement. Dans la deuxième partie de la thèse, le routage du trafic PAC critique dans un réseau 5G est modélisé, puis optimisé. L'objectif est de respecter la qualité de service du trafic PAC avec le moins d'impact sur la consommation énergétique des nœuds 5G et le trafic réseau existant. Le routage du trafic PAC est modélisé à l'aide de la programmation linéaire en nombre entier (ILP), ce qui donne un schéma qui améliore les différents paramètres. Dans la dernière partie, trois expériences sont construites pour valider l'architecture proposée et démontrer l'efficacité de l