Délesteurs de charges électriques

Sommaire

Principe du délesteur

Le délesteur de charge est un automate programmable qui maintient la pointe quart-horaire en-dessous du seuil fixé à l’avance.

Si la puissance appelée dépasse le seuil fixé, il y a délestage des équipements qui sont raccordés au délesteur durant des périodes courtes.

Cette mise à l’arrêt ou au ralenti n’est effectuée que lorsque la puissance totale prélevée, intégrée sur la période de mesure, risque de dépasser le seuil limite de puissance fixé.

Les équipements sont délestés selon un ordre de priorité qui a été établi préalablement et mémorisé par l’automate. Par exemple, des niveaux de priorités seront donnés afin que l’appareil dont la coupure risque le plus d’être ressentie soit interrompu en dernier lieu.

Quand la demande faiblit et que se reconstitue une réserve de puissance disponible, il y a “relestage”.

Pour garantir l’impact du délesteur sur la facture électrique, il est évident que sont fonctionnement doit pouvoir être synchronisé au compteur réseau.

Le délesteur peut avoir beaucoup d’autres fonctions :

On peut lui imposer des temps minimums de fonctionnement d’un équipement, des temps maximums d’attente, des temps minimums d’arrêt.

Il peut tenir compte de plages où certains appareils ne peuvent être délestés.

L’automate peut avoir une fonction “horloge” qui coupe des équipements à horaire fixe. Cette fonction est couramment utilisée avec le chauffe-eau à accumulation chauffant l’eau durant 8 heures au tarif de nuit. Elle peut également être utilisée pour des matériels de cuisson et le chauffage.

Une dérogation à la programmation peut être commandée par le gestionnaire en fonction de besoins ponctuels. Celle-ci doit être annulée automatiquement au début du cycle suivant afin de lui conserver son caractère exceptionnel.

Certains appareils “dialoguent” avec les équipements qui y sont raccordés de manière à connaître leur état et à agir en conséquence.

Le délestage d’un matériel peut être total ou partiel (à condition que ce délestage partiel soit prévu par le constructeur).

L’automate programmable sera appelé délesteur de charge ou optimiseur selon son degré de sophistication (selon le nombre de fonctions qu’il intègre, selon la richesse des paramètres dont peut tenir compte l’appareil pour choisir les appareils à délester, …).

Les délesteurs se distinguent entre-eux par :

le nombre total d’entrées impulsionnelles,
le nombre total de sorties de délestage,
l’algorithme de gestion de la puissance,
la possibilité de créer des points de mesure fictifs,
la capacité de stockage d’informations,
la programmation de la période d’intégration,
le nombre de périodes tarifaires qui peuvent être créées,
les capacités des logiciels de gestion (sur l’appareil même et sur le PC de gestion),
les modes de communication avec le PC de gestion,
…

Raccordement

Dans les installations électriques traditionnelles, l’installation d’un délesteur de charge demande de tirer un câble entre le module du délesteur et chaque appareil raccordé. Pour certains appareils, le délesteur peut agir sur plusieurs parties. Dans ce cas, il faudra tirer autant de câbles.

Au niveau des équipements, des connexions sont parfois prévues par les fabricants. Si elles ne le sont pas il est toujours possible de la réaliser a posteriori.

Le raccordement est évidemment nettement plus simple si on conçoit une installation gérée par bus de terrain. Dans ce cas, il est rapide et facile de modifier les équipements délestables (par réadressage) en fonction des résultats acquis durant l’exploitation.

Principe de raccordement du délesteur dans une installation électrique traditionnelle.

Gestion du délestage

Algorithme de délestage

Avec	i	=	période d’échantillonage (multiple de 1 minute)
	t_d	=	temps mort exprimé (en multiple de 1 minute)
	E_i	=	énergie consommée après la période i [kWh]
	P_max		puissance maximale admissible, fonction de la période tarifaire [kW]
		=	E_max / (15′) [kWh]
		=	E_maxx 4 [kW]
	E_max	=	demande d’énergie maximale en 15′.
	E_in	=	énergie limite d’enclenchement (0… 99 % de E_max)
	E_out	=	énergie limite de déclenchement (0…99 % de E_max)

Une valeur maximale de pointe (P_max) est fixée et indiquée au délesteur.
Les appareils raccordés au délesteur demandent de la puissance. Au début de chaque impulsion de changement de quart-d’heure d’Electrabel, le délesteur ne réagit pas. Il “observe” comment la demande de puissance évolue. Après un certain temps fixé (t_d), le délesteur va agir : si la puissance demandée est telle qu’après 1/4 d’heure, elle risque de dépasser la valeur maximale de pointe (P_max), il coupe des charges.

Pour avoir déclenchement d’un circuit, il faut que les 3 conditions ci-dessous soient remplies après chaque intervalle de temps “i” :

des circuits sont enclenchés,
E_i> (E_max – E_out) x (i / 15′) + _Eout(c’est-à-dire que l’énergie totale demandée après l’intervalle i ne peut dépasser la droite _Eout .. E_max),
i > t_d_… (c’est-à-dire que le délesteur ne réagit pas dans un premier temps).

Pour avoir enclenchement d’un circuit, il faut que les 3 conditions ci-dessous soient remplies après chaque intervalle de temps “i” :

des circuits sont déclenchés,
E_i< E_maxx (i / 15′) – (E_max– E_in) (c’est-à-dire que l’énergie totale demandée à l’intervalle i ne peut descendre sous la droite E₀ (= 0) .. E_in),
i > _td..(c’est-à-dire que le délesteur ne réagit pas dans un premier temps).

Une valeur _Eoutest fixée > 0 de manière à permettre l’augmentation rapide d’énergie en début de 1/4 d’heure. En effet une grosse puissance en début de 1/4 d’heure peut être appelée sans conséquence néfaste sur la pointe quart-horaire si celle-ci est compensée par une puissance appelée beaucoup plus faible dans la suite du quart-d’heure.
L’écart entre les deux droites _Eout .. E_max et E₀ .. E_in permet de ne pas avoir une succession trop rapide d’enclenchement/déclenchement. Cet écart est plus faible en fin de 1/4 d’heure (c’est-à-dire qu’on accepte mieux les oscillations) pour pouvoir profiter de la pointe quart-horaire maximale.

L’algorithme va donc gérer l’énergie consommée en 15 minutes de manière à ce que, si elle est importante, elle augmente en oscillant entre deux droites fixées “menant” à l’énergie maximale autorisée en fin de quart-d’heure.
L’énergie peut légèrement dépasser ces limites à cause de la période d’échantillonage “i “qui est multiple de la minute.

Le quart d’heure suivant l’énergie est comptabilisé en repartant de 0 kWh (= E₀).

Séquence de déclenchement/enclenchement

Voici un exemple de séquence de déclenchement de 5 équipements dont les 2 derniers ne peuvent être coupés qu’en cas limite. La priorité de déclenchement des 3 premiers équipements s’y passe de façon cyclique :

1 ère période : ordre de déclenchement 1 – 2 – 3 – 4 – 5
2 ème période : ordre de déclenchement 2 – 3 – 1 – 4 – 5
3 ème période : ordre de déclenchement 3 – 1 – 2 – 4 – 5
4 ème période : ordre de déclenchement 1 – 2 – 3 – 4 – 5

Pour respecter l’ordre des priorités, le dernier équipement déclenché est le premier à être réenclenché. Les équipements 4 et 5 sont des appareils détestables en derniers recours.

Notons que certains automates prévoient les besoins à venir en fonction de l’historique et anticipe les réactions des matériels afin d’obtenir une réponse optimale pour l’ensemble des usages contrôlés, tout en limitant la puissance globale appelée ou le coût de l’énergie consommée. Cette fonction est dite “intelligente”, car elle est liée à une mémoire continuellement remise à jour qui induit une réponse adaptée à la sollicitation présente, mais aussi à celle qui lui succède.
Le choix de répartition de l’énergie est donc effectué dans l’instant et non pas de façon pré-établie.

Autoadaptation de la consigne

L’algorithme d’évaluation de la pointe quart-horaire sera auto-adaptatif en fonction des paramètres de mesure, de manière à délester le maximum de puissance sans nuire au confort et en respectant les impositions du distributeur.

Par ailleurs, si malgré l’action du délesteur le seuil critique fixé en début de mois est dépassé, cette pointe atteinte est automatiquement choisie comme nouveau seuil pour le restant du mois.

Exemple :
En début de mois, le délesteur est réglé pour une pointe maximale de 250 kW. Le 9^e jour, la pointe atteint 275 kW à 11h30. Cette valeur sera conservée comme nouvelle consigne puisque de toutes façon, ces 275 kW seront facturés en fin de mois !

Suivi du fonctionnement du délesteur

Lorsqu’un système de gestion de la puissance est mis en place, le suivi des résultats est impératif :

actions du délesteur et historique des équipements déclenchés,
suivi de la puissance prélevée au réseau, …

Ce suivi permettra de s’assurer du bon fonctionnement de l’installation d’une part et, d’autre part, d’en optimiser les paramètres, rendant ainsi son utilisation plus rentable encore ou moins gênante pour certains équipements.

Le suivi peut se faire au sein du délesteur même qui possède une mémoire interne et la possibilité de dresser des historiques ou au travers d’un PC au moyen d’un logiciel de suivi (communication par modem possible).

Exemple de possibilités d’un logiciel de suivi, via les enregistreurs du délesteur (ces données peuvent être accessible sous différentes formes selon le logiciel) :

diagrammes de charge (sur une journée, sur un mois, etc.),
simulation de la facture pour différents tarifs,
rapport entre les consommations des heures pleines et creuses,
consommation, consommation réactive,
les économies réalisées grâce au délesteur de charge.

Exemple de résultat fourni par le logiciel de suivi d’un délesteur.

Cas particulier des cuisines

Certains systèmes d’automates sont des optimiseurs plus spécifiques pour cuisine collective.

Ce type de délesteur est composé d’une unité centrale (qui concentre toutes les fonctions de calcul et de stockage des données) et de différents modules de commandes (nécessaires au dialogue et au pilotage des différents consommateurs).

Unité centrale et modules des commandes (pour 2 fours et 2 friteuses).

Chaque module peut être connecté 2 fois, soit à 2 appareils différents (ex : un four statique et une marmite), soit un seul appareil avec deux résistances à commander (ex : une connexion vers la résistance de chauffage de l’eau de lavage d’un lave-vaisselle et l’autre vers la résistance de l’air de séchage).

Un “dialogue” permanent est maintenu entre l’unité centrale et les appareils qui y sont raccordés.
L’unité centrale questionne, au rythme de la seconde, chaque appareil raccordé, sur son état de fonctionnement :

arrêt / marche ?,
demande du thermostat (enclenchement / déclenchement) ?,
phase de préchauffage ou de cuisson ?,
comptabilise chaque seconde d’utilisation.

Évidemment, l’appareil doit obligatoirement être branché sur la prise qui contient le câble destiné à gérer sa consommation énergétique. Le concept de cuisine mobile contraint donc à marquer chaque prise femelle pour reconnaître, sans se tromper, la fiche mâle qui lui correspond.

Gestion complète d’une cuisine avec écran de supervision.

Le délestage se fait toujours au moment où le thermostat commande une remise en route de la résistance. Le délesteur demande à la résistance de postposer son action de quelques secondes. Ce délestage ne se fait jamais en période de montée en température.

Évolution de la température dans un appareil de cuisson avec ou sans délestage : le délesteur ne peut jamais couper l’appareil avant qu’il n’atteigne la température de coupure de la résistance, faute de quoi, la température moyenne chuterait trop fort.

Pour connaître le temps de montée en température, le délesteur mesure le temps entre la mise en route d’un appareil et le premier arrêt commandé par le thermostat.

L’automate, à partir de l’information des divers thermostats, procède ainsi à une analyse et à une répartition des charges en fonction des besoins de chaque matériel et des priorités enregistrées dans sa mémoire.

Il existe des modules particuliers qui sont utilisés pour raccorder les machines frigorifiques, par exemple.
Avec ces modules, il n’y a pas de “dialogue” entre l’appareil et le délesteur. Ce dernier décide du délestage sans tenir compte de l’état de la machine frigorifique.

Le délesteur a aussi une “fonction horloge”. Pour chaque équipement, on peut fixer certaines plages horaires où le fonctionnement est interdit. Dans les plages “autorisées”, le matériel ne fonctionne que si la régulation (thermostat, pressostat) le demande. En déplaçant les périodes de fonctionnement de certains équipements, l’automate diminue la puissance instantanée appelée sans perturber leur fonctionnement.

De même, on peut imposer des plages où certains appareils ne peuvent être délestés.

L’unité centrale est synchronisée sur le compteur réseau.

Si le respect des critères de réglage est impossible, le système émet un signal d’avertissement (message d’alarme).

Le délesteur permet également de raccorder des sondes de température qui mesurent la température de manière continue.

Il peut également être utilisé avec un système qui permet la traçabilité de toutes les températures (permet de prouver le respect de l’HACCP). Ces systèmes bien que présents sur le marché belge ne sont quasi pas utilisés.

Remarquons que ce type de délesteur ne se limite pas à optimiser les puissances des appareils de cuisson même si c’est sa spécialité. Il peut également gérer les systèmes de chauffage, de climatisation, de réfrigération, etc.