Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
13~0220
La présente invention concerne le contrôle
du niveau de puissance électrique moyenne appliquée à
des charges dissipatrices de cette puissance afin de
réduire la consommation globale de puissance électrique
fournie par un réseau de distribution, en particulier
durant les heures de pointe.
Nombre de méthodes destinées à diminuer la
consommation d'énergie électrique durant les heures de
pointe ont été proposées. Par exemple, les systèmes
biénergie utilisés dans la province de Québec au Canada
permettent d'effectuer la transition d'un chauffage élec-
trique à un chauffage d'appoint à l'huile, au gaz ou autres
durant les périodes de basse température. Les systèmes
biénergie présentent entre autres l'avantage de permet-
tre une augmentation des exportations d'énergie élec-
trique hors Québec durant les périodes de grands froids.
De facon similaire, le brevet canadien No. 1.090.307
~CANN et AL) délivré le 25 novembre 1980 propose une
transition d'un système de chauffage à fournaise à celui
d'une pompe à chaleur, tandis que le brevet canadien No.
1.187.462 (IVERSEN et AL) délivré le 21 mai 1985 propose
de combiner un chauffage à eau chaude avec une pompe à
chaleur. Un désavantage des systèmes biénergie actuel-
lement en opération est que le passage d'un type de chauf-
fage à l'autre est réalisé en fonction de la température.Ils ne peuvent être côntroiés à distance par la compagnie
productrice d'électricité pour réduire la consommation
sur son réseau de distribution lorsque requis.
Une autre méthode connue permettant de reduire
le niveau de puissance moyenne fournie par un réseau de
distribution consiste à baisser de facon continue le ni-
veau de tension sur le réseau durant un intervalle de
temps généralement long (par exemple pendant les heures
de pointe). Cette solution présente l'inconvénient de
-- 1 --
-' 130C);~Z~)
perturber nombre de dispositifs électriques et électroni-
ques alimentés par le réseau, tels que les moteurs.
Des méthodes pour contrôler l'application de
puissance électrique à des charges dissipatrices de cette
puissance au moyen d'impulsions modulées sur le secteur
au niveau du consommateur ont aussi été proposées. De
telles méthodes sont décrites par.exemple dans le brevet
canadien No. 1.128.162 (BELCHER et AL) délivré le 20
juillet 1982, et dans le brevet
, . . . ... . . . . . . .
~3U0220
canadien No. 1.118.512 (CLEARY et AL) délivré le 16
février 1982. Toutefois, à plus grande échelle, des
impulsions aussi brèves ne peuvent être transmises sur
un réseau de distribution d'énergie électrique puis-
qu'elles sont filtrées, c'est- à-dire bloquées par
les transformateurs. Une compagnie productrice et
distributrice d'énergie électrique ne peut donc pas
gérer la consommation d'électricité sur son réseau de
distribution à l'aide de telles impulsions transmises
à travers ce réseau.
L'invention a pour but principal de permettre le
contrôle par la compagnie productrice et distributrice
d'électricité du niveau de puissance électrique moyenne
appliquée à des charges dissipatrices de cette puis-
sance, au moyen d'une forme de signal pouvant être
transmis à travers son réseau de distribution et sans perturber le
fonctionnement des autres dispositifs alimentés par le réseau.
Plus spécifiquement la présente invention
concerne un contrôleur associé à une charge
dissipatrice de puissance électrique pour contrôler
le niveau de puissance moyenne appliquée à cette
charge par un réseau de distribution d'énergie élec-
trique qui fournit une tension d'alimentation à la
charge dissipatrice, comprenant:
des moyens pour détecter une variation
momentanée du niveau de la tension d'alimentation four-
nie par le réseau de distribution; et
des moyens pour transmettre de la puis-
sance électrique en provenance du réseau à la charge,-
ces moyens de transmission de puissance comprenant des
moyens pour réduire le niveau de puissance moyenne qu'ils
transmettent à la charge dissipatrice en réponse à la
détection de variation de niveau de tension.
La charge dissipatrice peut par exemple
~3S~C~X%O
être un radiateur électrique, un chauffe-eau, ou encore
un système d'éclairage à incandescence.
De préférence, les moyens de réduction du
niveau de puissance moyenne comprennent des moyens pour
réduire le niveau de puissance moyenne transmise à la
charge par les moyens de transmission après un délai
statistique suivant la détection de variation de niveau
de tension.
De la même facon, le contrôleur comporte
de préférence des moyens pour retarder d'un délai sta-
tistique le passage de la transmission d'un niveau
réduit de puissance moyenne transmise à la charge à
travers les moyens de transmission, à la transmission
d'un niveau non réduit de puissance moyenne à la charge
à travers les mêmes moyens de transmission.
La présente invention concerne aussi
un contrôleur associé à un ensemble de charges dissipa-
trices de puissance électrique pour contrôler le niveau
de puissance moyenne appliquée à l'ensemble de charges
par un réseau de distribution d'énergie électrique qui
fournit une tension d'alimentation à l'ensemble de
charges dissipatrices, comprenant:
des moyens pour détecter une variation
momentanée du niveau de la tension d'alimentation
fournie par le réseau de distribution, et des moyens
pour transmettre de la puissance électrique en pro-
venance du réseau aux différentes charges de l'ensemble,
ces moyens de transmission de puissance comprenant des
moyens pour réduire le niveau de puissance moyenne qu'ils
transmettent à l'ensemble des charges en réponse à la
détection de variation de niveau de tension.
Selon un mode de réalisation préféré de
l'invention, les moyens de réduction du niveau de puis-
sance moyenne comportent des moyens pour interrompre la
1300;~
transmission de puissance électrique à une première
charge de l'ensemble, par exemple un système de chauf~
fage électrique, et pour transmettre de la puissance
électrique à une seconde charge du même ensemble qui
consomme moins de puissance que la première, par exemple
un système de chauffage d'appoint consommant peu d'élec-
tricité et utilisant une seconde source d'énergie autre
que l'électricité.
Selon l'invention, il est en outre prévu
un système pour contrôler le niveau de puissance élec-
trique moyenne appliquée à une charge dissipatrice de
cette puissance par un réseau de distribution d'énergie
électrique qui fournit une tension d'alimentation à la
charge dissipatrice, comprenant:
des moyens pour produire une variation
momentanée du niveau de la tension d'alimentation fournie
par le réseau de distribution; et
un contrôleur associé à la charge et comportant (a)
des moyens pour détecter la variation momentanée du niveau de la tension
d:'alimentation, et (b) des moyens pour transmettre de la
puissance électrique en provenance du réseau à la charge,
ces moyens de transmission de puissance comprenant
des moyens pour réduire le niveau de puissance moyenne
qu'ils transmettent à la charge en réponse à la détection
de variation de niveau de tension.
Selon un mode de réalisation préféré du
système de contrôle selon l'invention, les moyens pour
produire une variation momentanée du niveau de la tension
d'alimentation comportent des moyens pour produire une
baisse de tension au niveau d'au moins un des postes de
transformation du réseau de distribution.
La présente invention concerne également
une méthode pour contrôler le niveau de puissance élec-
trique moyenne appliquée à des charges dissipatrices de
-- 4
:13~1~ZZO
cette puissance par un réseau de distribution d'énergie
électrique qui fournit une tension d'alimentation aux
charges dissipatrices, la méthode de contrôle comprenant
les étapes suivantes:
S produire une variation momentanée du niveau
de la tension d'alimentation fournie aux charges dissi-
patrices par le réseau de distribution;
détecter au niveau de chaque charge dissi-
patrice la variation de niveau de tension d'alimentation;
et
transmettre de la puissance électrique en
provenance du réseau à chaque charge mais en réduisant
le niveau de puissance moyenne transmise à la charge
en réponse à ladite détection au niveau de cette
charge de la variation momentanée du niveau de la
tension d'alimentation.
De préférence, plusieurs types différents
de variation momentanée du niveau de la tension d'ali-
mentation sont produits, au moins un type de variation momen-
tanée de niveau de tension est détectée au niveau de
chacune des charges, et le niveau de puissance moyenne
transmise à chaque charge est réduit seulement lorsque
le type de la variation de niveau de tension détectée
au niveau de la charge correspond à cette dernière charge.
La variation du niveau de la tension d'ali-
mentation peut être réalisée par secteurs du
réseau de distribution, ces secteurs étant avantageuse-
ment choisis de fac,on statistique.
La variation du niveau de la tension d'ali-
mentation des charges constitue un signal de contrôle
qui est complètement compatible avec un réseau de dis-
tribution d'énergie électrique, c'est-à-dire qui peut
être transmis à travers les différents équipements d'un
tel réseau incluant les transformateurs. Un tel signal
peut aussi facilement être produit.
13~02Z0
Les avantages et autres caractéristiques de
la présente invention ressortiront de la description
qui suit de modes de réalisation préférés de celle-ci,
donnés à titre d'exemples non limitatifs seulement avec
référence aux dessins annexés dans lesquels:
La Figure 1 est un diagramme synoptique d'un
système selon l'invention conçu pour contrôler à distance
le niveau de puissance électrique moyenne appliquée à des charges dissi-
patrices par un réseau de distribution alternatif;
La Figure 2 est un diagramme synoptique d'une
variante du système de contrôle de la Figure l;
La Figure 3 est un autre diagramme synoptique
représentant une forme de réalisation d'un récepteur
du système de contrôle de la Figure 1, un tel récepteur
lS étant associé à chaque charge dissipatrice de puissance
électrique;
La Figure 4 présente encore sous forme synop-
tique une autre forme de réalisation du récepteur du
système de contrôle de la Figure l; et
La Figure 5 illustre le circuit d'un contrôleur
électronique associé à chaque charge dissipatrice, formé
d'un récepteur et d'une unité de contrôle de puissance,
incluant un microprocesseur, et qui peut être intégré dans
le système de contrôle de la Figure 1.
Le système de contrôle selon l'invention
comporte tel qu'illustré à la Figure 1 un encodeur 4
relié par exemple à un poste de transformation intermé-
diaire ou autre 5 dans un réseau de distribution d'énergie
électrique pour produire une baisse momentanée du niveau
de la tension alternative sur une ligne de distribution 2. Le poste
de transformation 5 est alimenté par une ligne haute
tension 1 en provenance d'une centrale génératrice d'é-
nergie électrique.
La tension sur la ligne 2 du réseau de distri-
1 3002Z~
bution alimente un ensemble 3 de charges 6 dissipatrices
de puissance électrique telles que des radiateurs élec-
triques et des chauffe-eau, via des équipements conven-
tionnels de distribution d'énergie électrique 7 (lignes
de distribution, transformateurs, etc...). A chaque
charge dissipatrice 6 est adjoint un récepteur 8 qui
détecte la baisse de niveau de tension du secteur 10.
La réduction d'amplitude de la tension est évidemment
transmise au secteur 10 par l'intermédiaire des équipe-
ments 7. Le récepteur 8 délivre sur sa sortie 11 enréponse à la baisse de niveau de tension un signal de
commande d'une unité 9 de contrôle du niveau de puissance
moyenne appliquée à la charge dissipatrice 6. L'ensemble
récepteur 8 et unité 9 forme un contrôleur électronique
du niveau de puissance moyenne appliquée à la charge 6.
L'encodeur 4 peut abaisser le niveau de tension V
de différentes amplitudes et pendant une période de temps
variable, tant que cela reste acceptable pour les charges
alimentées par la tension dont l'amplitude est réduite.
La variation de niveau de tension peut être progressive
durant une période de temps prédéterminé , la détection
au niveau du récepteur 8 consistant alors en une recon-
naissance du gradient de la tension du secteur 10. Une
première baisse de tension momentanée détectée par le
récepteur 8 peut par exemple indiquer le début d'une
alimentation réduite en puissance moyenne de la charge
6 qui sera maintenue par l'unité de contrôle 9 pendant
un délai pré-établi ou encore jusqu'à l'apparition d'une
seconde baisse de tension momentanée sur le secteur 10. La
baisse de niveau de tension peut en outre être relative
au niveau moyen de tension dans le cas où la tension du
secteur 10 fluctue.
L'encodage de la tension sur la ligne de
distribution 2 au niveau du poste de transformation 5 peut
13~0ZZ0
consister à relier à la ligne 2 de façon successive à
l'aide d'une commutation appropriée diverses sorties du
secondaire d'un transformateur de puissance à sorties mul-
tiples. La commutation peut être effectuée entre deux
S sorties - nominale et non nominale - pour produire sur la
ligne 2 la baisse de niveau de tension désirée ou encore
entre plusieurs sorties afin de créer le gradient de
tension voulu. La commutation peut être commandée manuel-
lement ou au moyen de relais com~andés à distance. Une
telle,'.commutation est bien connue de l'homme de l'art et
ne sera par conséquent pas davantage décrite.
Pour fins d'exemple, la tension du secteur
10 peut passer de 220 volts à 209 volts ou encore dellO
volts
... ~ , ...... ..... .... .... ..... .
13(~ 2t)
à 105 volts tout dépendant des normes existant dans
divers pays, et ce sans influencer le fonctionnement
des différentes charges alimentées par le secteur lO.
Généralement, une baisse du niveau de tension momen-
tanée de 5% est acceptable et facilement détectable.
Le signal de commande sur la sortie ll du
récepteur 8 peut contenir de l'information relative
au niveau réduit de puissance moyenne à appliquer à
la charge 6 ainsi qu'à la durée d'application d'un tel
niveau de puissance réduit. En alternative, chaque
unité de contrôle 9 peut être concue pour appliquer
automatiquement à la charge 6 pendant une période de
temps pré-établie un niveau réduit de puissance moyenne
déterminé à l'avance, en réponse au signal de commande
sur la sortie ll. Egalement, chaque unité de commande
9 peut être concue pour répondre à un premier signal
de commande sur la sortie 11 en appliquant à la charge
6 un niveau réduit de puissance moyenne (ce premier
signal de commande étant généré par le récepteur 8 en
réponse à une première baisse de tension) et pour ré-
pondre à un second signal de commande sur la sortie ll
en rétablissant une alimentation normale de la charge
6 (ce second signal de commande étant généré par le
récepteur 8 en réponse à une seconde baisse de tension).
La Figure 2 illustre une variante du système
de contrôle de la Figure l. La charge 6 est alors cons-
tituée de plusieurs charges dissipatrices de puissance
électriques. Dans l'exemple illustré, la charge 6 com-
porte au moins un radiateur électrique 61, un chauffe-eau 62,
un système d'éclairage à incandescence 63, et un
chauffage d'appoint 64 tel qu'un système de chauffage
a l'huile, au gaz ou autres, consommant peu d'électricité.
Le secteur 10 peut alors être soumis à des
baisses de niveau de tension ayant différentes carac-
~3~t~ 0
téristiques, tel que décrit précédemment, ce qui permet
au récepteur 8 d'effectuer une discrimination de ces
baisses de tension pour délivrer sur sa sortie 11 des
signaux de commande différents. En fonction des si-
gnaux de commande sur la sortie 11 du récepteur 8, l'u-
nité de contrôle 9:
- peut activer le chauffage d'appoint 64
et désactiver le ou les radiateurs électriques 61 (l'u-
nité 9 agit alors comme relais) pour ainsi réduire la
consommation de puissance électrique par la charge 6;
- peut activer le chauffage d'appoint 64
tout en réduisant le niveau de puissance moyenne appli-
quée au(x) radiateur(s) 61 pour ainsi réduire la puis-
sance globale consommée par la charge 6;
- peut alimenter en mode puissance moyenne
réduite une seule des charges 61 à 63 ou alimenter en mode
puissance moyenne réduite les charges 61 à 63 simultanément
ou selon une séquence temporelle soit prédéterminée soit comman-
dée par le signal sur la sortie 11 du récepteur 8;
- etc
La Figure 3 représente de fac,on synoptique
un exemple de réalisation du récepteur 8 du système
de contrôle de puissance de la Figure 1. Le récepteur
8 comporte un décodeur 40 qui analyse et décode les
caractéristiques de la baisse de tension sur le secteur
10 et produit sur la sortie 11 un signal de commande lorsque la
charge 6 associée correspond au type de la baisse
de tension. Le signal de commande peut prendre
toute forme appropriée permettant la commande de l'unité
de contrôle de puissance 9. Le décodeur 40 est alimen-
té en énergie électrique à l'aide d'un circuit d'ali-
mentation 12 qui produit une tension continue dérivée
à partir de la tension alternative du secteur 10.
La Figure 4 illustre de fac,on synoptique un
autre mode de réalisation du récepteur 8. Comme les
_ g _
13~V~:Zo
réseaux de distribution d'énergie électrique sont communé-
ment alternatifs, le récepteur 8 de la Figure 4 comporte
un redresseur 42 (onde entière ou demi-onde) qui produit
une tension continue représentative du niveau de tension
alternative du secteur 10. La tension redressée alimente
une entrée ]3 d'une unité de traitement de signal 16 ainsi
qu'un circuit à retard 15 qui produit une tension continue
retardée sur une entrée 14 de l'unité 16. Ces deux ten-
sions continues sont comparées par l'unité de traitement
de signal 16 pour lui permettre de déterminer l'amplitude, la durée et/ou
le gradient de la baisse de tension du secteur 10 pour ainsi produire
un signal de commande sur la sortie 11 du récepteur si l'amplitude, la
durée et/ou le gradient de la baisse de tension correspond à la charge
associée. Le retard généré par le circuit 15 doit bien entendu être
choisi de manière à permettre la détection précitée de l'amplitude, de
la durée et/ou du gradient de la baisse de niveau de tension du secteurlO
ou encore la détection de toute autre forme de variation du niveau de tension.
Les récepteurs 8 des Figures 3 et 4 peuvent par
exemple commander un thermostat (unité 9) à travers lequel
un chauffage électrique ou un chauffe-eau est alimenté
en fonction de la température du local à chauffer ou de
l'eau à laquelle il est sensible. Le signal de commande sur
la sortie 11 peut alors commander un relais, un commutateur
électronique, un monostable, ou toute autre forme de cir-
cuit logique ou analogique, ou même un microprocesseur fai-
sant partie d'un tel thermostat, de sorte que le thermostat
réduise le niveau de puissance moyenne qu'il transmet au
chauffage électrique ou au chauffe-eau, lorsqu'ils doivent
être alimentés.
La Figure 5 illustre le circuit d'une forme
de réalisation des récepteur 8 et unité de contrôle 9
du système de contrôle de la Figure 1.
Tel qu'illustré sur la Figure 5, la tension
du secteur 10 est redressée par un pont de diodes 17
suivi par un diviseur de tension formé par des résistances
-- 10 --
13~)~Z2~
18 et 19. La tension atténuée est f:iltrée par un conden-
sateur 20 pour ensuite être acheminée à un convertisseur
analogique numérique 25 relié à un microprocesseur 21.
A noter que la tension aux bornes de la résistance 19
est représentative du niveau de tension du secteur 10.
La tension atténuée aux bornes de la résistance
19, convertie sous forme numérique par le convertisseur
25, est analysée par le microprocesseur 21 du point de
vue niveau de tension du secteur 10, durée de baisse
de tension du secteur 10 et/ou gradient de tension du
secteur 10. Le microprocesseur 21 est complémenté de
fac,on conventionnelle par des unités de mémoire, et
comporte une sortie 26 qui alimente un circuit d'isola-
tion optique et de détecteur de zéro 27 tel que le circuit
intégré MOC 3063 de MOTOROLA et un commutateur 29 tel
qu'un triac à travers lequel la tension du secteur 10
est appliquée à la charge 6 dissipatrice de puissance
électrique. Le circuit 27 permet en outre d'isoler
électriquement le circuit de puissance (triac 29) du
circuit de controle (microprocesseur 21), Le courant
de gachette est fourni au triac 29 à travers une résis-
tance 31 qui limite ce courant tandis qu'une résistance
de temporisation 32 évite une commutation trop rapide du
triac 29. Le signal sur la sortie 26 du microprocesseur
21 est typiquement un train d'impulsions modulées en
durée lesquelles déterminent le rapport de cycle de la
tension du secteur 10 transmis à la charge 6 à travers
le triac 29. Ainsi, le microprocesseur 21 peut commuter
le triac 29 selon le signal numérique qu'il rec,oit du
convertisseur 25 pour limiter le rapport de cycle de la
~ Itension du secteur 10 parvenant à la charge électrique
t~ 6 et de cette fac,on contrôler le niveau de puissance
' ~lmoyenne appliquée à cette charge 6. Par exemple, la
tension du secteur 10 peut être commutée selon un rapport
3 3'~2ZO
de cycle de 0% à 100% sur une base de 20 secondes. La
tension du secteur peut aussi être commutée à l'intérieur
d'un intervalle de rapport de cycle plus restreint, par
exemple entre 0% et 80%. Une autre possibilité est de
déconnecter la tension du secteur 10 du radiateur, du
chauffe-eau ou autre de facon périodique.
Lorsque la charge 6 est un radiateur électri-
que ou un chauffe-eau, un thermostat peut être relié
en série avec le triac 29 et le radiateur ou chauffe-
eau 6 afin que ce dernier ne soit alimenté que lorsque
la température dans le local chauffé ou celle de l'eau
détectée par le thermostat, indique que l'alimentation
du radiateur ou chauffe-eau est requise. Cette fonction
peut aussi être remplie par le microprocesseur 21 en le
reliant à un détecteur de température. Dans ce dernier
cas, le contrôleur électronique de la Figure 5 agit
en thermostat pouvant contrôler le niveau de puissance
moyenne appliquée au radiateur ou au chauffe-eau 6 lors-
qu'un chauffage du local ou de l'eau est requis.
Le triac 29 peut tout simplement être rem-
placé par un thermostat électronique pouvant effectuer sous le con-
trôle du microprocesseur 21 une commutation appropriée
pour transmettre à la charge 6 un niveau réduit de
puissance moyenne.
La tension redressée par le pont de diodes
17 sert à établir une tension régularisée pour alimenter
le circuit du convertisseur analogique numérique 25 et
du microprocesseur 21 (Figure 5). Cette tension régu-
larisée est obtenue à partir de la tension redressée
au moyen de la résistance 23, de la diode Zener 22, et
du condensateur 24. Le diviseur de tension formé par
les résistances 13 et 19 est protégé par une diode 28.
Comme un nombre important de charges telles
que 6 alimentées par le réseau de distribution sont
130022~)
contrôlées, il convient que la réduction de leur puissance
moyenne d'alimentation suite à une baisse de tension
et le rétablissement de leur puissance normale d'alimen-
tation suite à la commande d'un tel rétablissement qui
peut être donnée par le microprocesseur 21 de la Figure
5 soient graduelles. A cet effet, on peut prévoir un
délai statistique, par exemple dans chaque microproces-
seur 21. Ainsi, la réduction du niveau de puissance
moyenne appliquée aux différentes charges et le rétablis-
sement de l'alimentation normale de ces charges serontdistribués dans le temps de sorte à éviter les transi-
toires sur le réseau de distribution causées par des
délestages soudains et des augmentations de charge brus-
ques trop importants.
15 ~ Le contrôle par le biais d'une baisse du
, niveau de tension est simple et présente l'avantage qu'une
telle baisse de tension peut être transmise à travers
les transformateurs d'un réseau de distribution d'énergie
électrique. Un contrôle aisé de la consommation de puis-
sance électrique au niveau de la compagnie distributriceest ainsi permis.
En outre, il est possible, tel que décrit
ci-dessus, de varier les caractéristiques de la baisse
de niveau de tension (amplitude, durée, gradient, etc...),
ce qui permet de contrôler différents types de charges.
Pour fins d'exemple, une baisse de tension de 5~ pendant
une période de 1 minute pourrait indiquer une réduction
de 50~ de la puissance moyenne transmise aux radiateurs
électriques, tandis qu'une baisse de tension de 5~ pendant
2 minutes pourrait commander le passage d'un chauffage
électrique à un chauffage d'appoint à gaz, huile ou
autres (Figure 2). Une infinité de possibilités est
offerte.
Un encodage, c'est-à-dire une baisse de
- 13 -
1300ZZ~
niveau de tension, effectué par ordinateur dans les
différents postes de transformation permet un contrôle
de la puissance appliquée aux charges 6 par secteur.
Un contrôle informatique centralisé peut commander une
baisse simultanée de niveau de tension dans plusieurs
postes de transformation choisis de façon statistique
pour réduire le niveau de puissance moyenne appliquée
aux charges 6 dans les secteurs correspondants du
réseau de distribution d'énergie électrique.
Les contrôleurs électroniques (récepteur 8
et unité de contrôle de puissance 9) peuvent en outre
etre concus pour permettre une commande locale manuelle
par l'utilisateur pour réduire le niveau de puissance
moyenne consommée lorsque celui-ci désire que sa consom-
mation d'électricité soit en mode économique.
Il convient également de mentionner que
les circuits des contrôleurs électroniques peuvent
être réalisés de facon hydride, analogique et numérique.
A noter que dans le cas où les charges dissi-
patrices de puissance électrique sont des radiateursélectriques, la réduction du niveau de puissance moyenne
transmise aux radiateurs se traduit pour le comsommateur
par un chauffage plus lent mais sans autre inconvévient.
Par contre, pour les réseaux de distribution d'énergie
électrique, cette réduction de niveau de puissance moyenne
se traduit par des économies d'énergie substantielles
durant les périodes de pointe ou de haute consommation.
Il en est de meme pour d'autres charges telles que les
chauffe-eau, les systèimes d'éclairage à incandescence,
etc.
Bien que la présente invention ait été dé-
crite ci-dessus à l'aide de modes de réalisation préférés
de celle-ci, ces modes de réalisation peuvent être modi-
fiés à volonté, à condition de respecter l'étendue des
- 14 -
~ 3~azz~
revendications ci-jointes, sans sortir du cadre de la
présente invention.
En particulier, la baisse de niveau de ten-
sion suggérée dans ces modes de réalisation préférés peut
être remplacée par un autre type de variation du niveau
de la tension, par exemple une hausse du niveau de tension
ayant des caractéristiques similaires à la baisse de tension.
Pour illustrer un autre exemple de modifica-
tion, le microprocesseur 21 de la Figure 5 peut commander
une diode électroluminescente, un affichage à cristaux
liquides ou tout autre type d'affichage pour indiquer au
niveau du consommateur, que la compagnie productrice et
distributrice d'énergie électrique a commandé une ali-
mentation en puissance moyenne réduite de la charge ou
des charges concernées au moyen d'une variation du niveau
de la tension de son réseau de distribution. La commande
d'affichage peut être effectuée par le microprocesseur en
réponse à la détection de la variation de tension.
~3~)0~
DIVULGATION SUPPLEMENTAIRE
La présente divulgation supplémentaire concerne le
contrôle du niveau de puissance électrique moyenne appliquée
à des charges dissipatrices de cette puissance afin de
réduire la consommation globale de puissance électrique
fournie par un réseau de distribution, en particulier durant
les heures de pointe; et pour contrôler l'échelle de mesures
de la puissance électrique consommée d'un compteur
d'électricit~ d'une résidence.
La présente invention vise un contrôleur, associé
un compteur d'électricité d'une résidence qui mesure la
consommation d'énergie électrique selon une échelle de
mesures pr~détermin~e, comprenant;
des moyens pour détecter une variation momentanee
du niveau de tension d'alimentation fourni par ledit réseau
de distribution à ladite résidence, et gén~rer un signal en
conséguence;
et des moyens reliés audit compteur d'électricité
pour modifier ladite ~chelle de mesures lorsque le signal
est généré.
Dans les nouvelles figures ci-jointess
La Figure 6 est un diagramme synoptique d'une
variante d'un système de contrôle selon la Figure 1;
La Figure 7 illustre le circuit d'un contrôleur
électronique associ~ à chaque charge dissipatrice, adapté
pour le contrôle de la température, et qui peut être int~gré
dans le système de contrôle de la Figure 1;
La Figure 8 est un diagramme schématique
illustrant des variations momentanées de la tension
d'alimentation transmise en accord avec la présente
invention;
La Figure 9 est une table illustrant de quelle
,. ~
- 17 _ ~3~ZzO
manière les variations momentanées montrées à la Figure 8
sont interprétées par le contrôleur qui est relié à un
thermostat en accord avec la présente invention;
La Figure 10 illustre schématiquement un
dispositif pour baisser momentanément le niveau de la
tension d'alimentation en accord avec la présente invention;
La Figure 11 est un diagramme bloc représentant un
système pour contrôler un compteur d'électricité d'une
résidence en accord avec la présente invention; et
La Figure 12 est un diagra~me bloc illustrant le
compteur montré à la Figure ll et modifié en accord avec la
présente invention.
Différentes variations de tension pour différentes
périodes de temps fixes constituent différentes signatures
qui peuvent être décodées par le récepteur. Il est possible
de faire correspondre une signature à une commande de
réduction de puissance qui puisse être renversée par le
consommateur. D'autres signatures de commande de réduction
de puissance pourront être coercitives, c'est-à-dire qu'il
ne sera pas possible pour le consommateur de renverser de
telles commandes.
Dans la Figure 6, le climatiseur 65 est mis en
marche par rapport à une température de référence, l'unité
de contr~le du niveau de puissance 9 ayant une de ses
sorties reliée au climatiseur 65 pour augmenter la
température de référence. L'unité de contrôle du niveau de
puissance 9 peut aussi avoir une de ses sorties reliée au
climatiseur 65 pour limiter la température de référence
selon une référence maximale prédéterminée. Ainsi, l'unité
de contrôle du niveau de puissance 9 peut limiter la
puissance nominale du climatiseur 65. Par exemple, pour un
climatiseur 65 ayant cinq modes de fonctionnement, l'unité
de contrôle 9 peut empêcher, à partir de la détection d'une
baisse de tension particulière dans le niveau de la tension
d'alimentation, le fonc~ionnement du climatiseur 65 selon
son mode de fonctionnement maximal, ou contrôler le
climatiseur de fa~on à ce qu'il fonctionne selon un mode de
,, .
- 18 ~ 1 3U O 2Z ~
fonctionnement en basse puissance prédéterminé. Ce genre de
contrôle peut aussi être appliquë à d'autres sortes de
charges comme un ventilateur ou un humidificateur.
Dans le cas où le climatiseur est contrôlé par un
thermostat, l'unité de contrôle 9 peut hausser la
température de référence du thermostat suite à la détection
d'une baisse de tension particulière dans le niveau de la
tension d'alimentation. Par exemple, la température de
r~férence peut être augmentée de deux degrés, une telle
hausse de la température de référenc~ pouvant entraîner une
réduction substantielle dans la consommation d'~lectricité.
De préférence, des moyens sont prévus pour
contrôler une transition entre une transmission d'un niveau
de puissance moyenne réduite à ladite charge à une
transmission d'un niveau de puissance moyenne non réduite
selon des étapes interm~diaires comprenant différents
niveaux de puissance moyenne réduite.
Tel qu'illustré sur la Figure 7, la tension du
secteur 10 est redressée par un pont de diodes 17 suivi
par un diviseur de tension form~ par des résistances 18 et
19. La tension atténuée est filtrée par un condensateur 20
pour ensuite être acheminée ~ un convertisseur
analogique/numérique 25 relié à un microprocesseur 21.
Etant donn~ que le cont~ôleur montr~ dans cette figure est
utilis~ comme un contrôleur de température qui constitue un
thermostat, ce thermostat peut être r~alisé par une
r~sistance 68 branchée à une thermistance 69 tel que montré
dans cette Figure 7, pour détecter la température ambiante.
Un potentiomètre 70 est prévu pour régler la température de
référence qui est transmise au microprocesseur 21. Il est à
noter que la tension aux bornes de la résistance 19 est
représentative du niveau de tension du secteur 10. La
tension atténuee aux bornes de la résistance 19, convertie
sous forme numérique par le convertisseur 25, est analysée
par le microprocesseur 21 par rapport au niveau de tension
du secteur 10, la durée de la baisse de tension du secteur
10 et/ou le gradient de tension du secteur 10 et/ou le
- 1 9 - ~3(~0~20
nombre de baisse de tension. Le microprocesseur 21 est
complémenté de la même manière que celui montré à la Figure
5 avec, de fa~on conventionnelle, des unités de mémoire.
Ainsi, le microprocesseur 21 peut commuter le
triac 29 selon le signal numérigue qu'il reçoit du
convertisseur 25 pour limiter le rapport de cycle de la
tension du secteur 10 parvenant à la charge électrique 6, et
de cette façon contrôler le niveau de puissance moyenne
appliquée à cette charge 6. Par exemple, la tension du
secteur 10 peut etre commut~e selon un rapport de cycle de
zero % à cent ~ sur une base de vingt secondes. La tension
du secteur peut ainsi etre commutée à l'intérieur d'un
intervalle de rapport de cycles plus restreint, par exemple
entre zero % et quatre-vingts % suivant l'envoi d'une
signature particuli~re à travers la tension d'alimentation
transmise et détectée par le récepteur. Une autre
possibilité est de deconnecter la tension du secteur, du
radiateur, du chauffe-eau ou autre de façon périodique.
De façon alternative, la sortie 26 du
microprocesseur 21 peut être utilis~e pour commuter un
relais. Dans ce cas, le circuit de commutation 100 peut
etre remplacé par un relais électromécanique ou un relais à
circuit intégré~
La figure 8 est un exemple de différentes baisses
de tension dont l'amplitude est illustrée en valeur efficace
de la tension d'alimentation. De façon à pouvoir filtrer
tout genre de bruits qui pourrait survenir, le
microprocesseur 21 s'attend à recevoir deux baisses de
tension comprenant une première baisse de tension d'environ
4~ qui dure pendant une période de temps Ta, suivie d'un
délai Tb, et d'une seconde baisse de tension d'environ 4~
qui dure pendant une période de temps Tc. Les périodes de
temps Ta, Tb et Tc qui composent une signature peuvent avoir
différentes valeurs selon le genre d'economie d'énergie
voulu. Dans la Figure 8, les points qui apparaissent le
long de la ligne qui représente l'amplitude de la tension de
la signature correspondent au taux d'échantillonnage du
- 20 _ 1 3~ 0 22 0
microprocesseur 21.
La Figure 9 illustre comme exemple differentes
valeurs de Ta, Tb et Tc qui composent une signature, ainsi
que le genre de contrôle assoc:ié à chacune des signatures.
Pour une signature de Ta, Tb et Tc représentant
respectivement 90, 180 et 60 secondes, le thermostat réagit
en limitant sa température de réglage à 20~ celsius pour
une période de trois heures d'une manière coercitive, c'est-
à-dire que le consommateur ne peut pas renverser cette
commande. Pour une signature de Ta,~Tb et Tc représentant
respectivement 90, 180 et 120 secondes, le thermostat réagit
en baisssant sa température de réglage par un degré Celsius
d'une manière non coercitive, c'est-à-dire que le
consommateur peut renverser cette commande pour une période
de trois heures. Pour une signature de Ta , Tb et Tc
représentant respectivement 120, 180 et 30 secondes, le
thermostat est complètement fermé pour une période de deux
heures. La signature peut être constituée de Ta seulement
ou d'une combinaison de Ta, Tb, Tc ou bien d' une
combinaison d'inter~alles encore plus complexe. Lorsgue la
commande de controle qui suit la détection d'une signature a
~t~ complét~e, le système retourne à son mode de
fonctionnement normal.
Dans la Figure 10, il est montr~ un dispositif
pour réaliser une baisse momentanée du niveau de la tension
d'alimentation. Dans ce cas, le poste de trans~ormation 5
sera décrit de façon plus précise ci-dessous. Le
transformateur 71 envoie la tension d'alimentation au
récepteur par la sortie de son enroulement secondaire qui
est muni de deux relais. Un de ces relais 73 est relié en
série avec la sortie de l'enroulement secondaire, et est
normalement fermé. L'autre de ces relais 74 est normalement
ouvert, et est branché en parallèle avec le relai 73 en
ayant une de ses bornes branchée le long de l'enroulement
secondaire.
- 21 _ 1 3 VO 2ZO
Lorsque le relai 73 est fermé, alors le relai 74
est ouvert et vice versa. I.orsqu'une variation momentanée de
la tension est demandée par l'encodeur 4, alors le relais 73
est momentanément ouvert et le relai 74 est momentanément
fermé de ~açon à produire ladite baisse momentanée du niveau
de la tension d'alimentation. De fa~on alternative, les
relais ainsi que les branchements correspondants peuvent
être placés du côté de l'enroulement primaire du
transformateur. Le transformateur 71 peut être un auto-
transformateur. ~
Dans la Figure 11, il est montré un système pour
contr~ler un compteur d'électricité 104 d'une résidence 106.
Le compteur 104 mesure la consommation d'énergie électrique
selon une échelle de mesures prédéterminée. Le système
comprend un récepteur 8 pour détecter une variation
momentanée du niveau de tension de la tension d'alimentation
présent sur le secteur 10. Le récepteur 8 génère un signal
basse puissance via la ligne 102 lorsqu'une variation
momentanée est detect~e.
Ce signal basse puissance avertit le compteur 104
de modifier son échelle de mesures, et un signal est envoyé
sur la ligne 110 pour déclencher un indicateur 108 qui
indique a l'occupant de la résidence 106 la nouvelle ~chelle
de mesures. La tension d'alimentation 10 est envoyee au
compteur 104 qui la transmet à son tour aux charges 6 au
moyen de la ligne 10'.
Au moins un type de signature dans le niveau de la
tension d'alimentation est interprété par le récepteur 8
comme étant une signature concernant l'échelle de mesures du
compteur 104. Le compteur 104 mesure la consommation
d'énergie électrique des charges 6. Lorsque la variation
momentanée du niveau de la tension d'alimentation correspond
au type de signature concernant le compteur 104 alors un
signal est généré via la ligne 102 pour changer l'échelle de
mesures.
La Figure 12 illustre un compteur numérique
.
13~ 20
- 22 -
modifié selon la présente invention pour montrer de quelle
façon l'échelle de mesures ou la tarification est modifiée.
Le compteur de puissance 11 qui reçoit le secteur 10 et
alimente la résidence par la ligne 10', envoie à l'unité de
commande numérique 113 via un convertisseur
analogique/numérique 112 la mesure de la puissance consommée
par les charges dans la résidence. L'unité de commande
numérique 113 évalue la tarification selon l'énergie
consommée et le type de signature présent sur la ligne 102
et affiché sur l'unit~ d'affichage 114. L'unité de
tarification 115 qui reçoit sa commande du récepteur via la
ligne 102 indique à l'unité de comma~de numérique 113 et à
la résidence via la ligne 110 le pourcentage de hausse ou de
baisse de l'échelle de mesures du compteur 104. De façon
alternative, l'unité de commande numérique 113 et le
convertisseur 112 peuvent être remplacés par un dispositif
analogique.
Bien que la presente invention ait été décrite ci-
dessus à l'aide de modes de r~alisations préférés, ces modes
de réalisation peuvent être modifiés à volont~, à
l'interieur de l'étendue des revendications ci-jointes,
sans sortir du cadre de la pr~sente invention.
