Bibliothèque de signatures d'événements réseau : analyse approfondie du réseau électrique

La bibliothèque de signatures d'événements réseau (Grid Signature Event Library) permet aux services publics et aux chercheurs de mieux comprendre le comportement du réseau en fournissant un accès à des jeux de données de formes d'onde issues des opérations sur le réseau. (Image : Adam Malin/ORNL, Ministère américain de l'Énergie)

Entretien avec Aaron Wilson

Origines du projet

Tech Briefs : Pourriez-vous me dire comment ce projet a commencé ?

Aaron Wilson : Je n'en suis pas l'initiateur. La bibliothèque d'événements du réseau était assez récente quand j'ai rejoint le laboratoire en 2019, mais elle n'a vraiment décollé qu'autour de 2021. J'en ai pris la direction au printemps 2022.

Nous avons reçu un financement du DOE pour créer une bibliothèque de signatures d'événements du réseau électrique. L'objectif : en faire une ressource de référence pour observer le comportement de ces formes d'onde sur le système, afin que les utilisateurs sachent quoi rechercher sur leurs propres installations. Au fil des données reçues de différents partenaires et de notre promotion continue, la bibliothèque a vraiment gagné en traction ces dernières années.

Classification et étiquetage standardisés

Tech Briefs : Avez-vous un moyen standardisé de classer les formes d'onde et d'étiqueter les événements associés ?

Wilson : L'un de nos défis il y a quelques années était d'attribuer un schéma d'étiquetage uniforme à tous les types de données reçus des fournisseurs. Chacun avait sa propre façon d'étiqueter un événement, généralement sous forme de description textuelle notée par l'opérateur ou l'ingénieur. Après avoir tout passé en revue, nous avons mis au point un système hiérarchique couvrant l'ensemble de nos données et les connaissances générales du domaine électrique. Nous avons ainsi créé une taxonomie assez uniforme pour l'ensemble de nos données. Désormais, chaque nouvelle donnée trouve sa place appropriée dans cette taxonomie.

Structure de la taxonomie

Tech Briefs : Pouvez-vous me donner une idée de cette taxonomie ?

Wilson : Elle comporte trois niveaux : groupes, classes et sous-classes. Les groupes sont des catégories de très haut niveau, comme les phases affectées sur le réseau — il y en a généralement trois. Il y a un groupe « conditions » pour les catastrophes naturelles et événements météorologiques. Aux niveaux classes et sous-classes, on descend vers des catégories plus spécifiques.

Exemples de catégories

Tech Briefs : Pouvez-vous donner des exemples de catégories ?

Wilson : Par exemple : groupe « conditions », classe « météo », sous-classe « orage ». Ou groupe « événements », classe « qualité de l'énergie », sous-classes « surtension » ou « transitoire ».

Transitoires et événements

Tech Briefs : Comment reliez-vous les surtensions ou transitoires aux événements ?

Wilson : Un transitoire est un événement selon notre définition : une anomalie, un comportement anormal inattendu. Sur le réseau, tension et courant se comportent sinusoïdalement dans un système conçu pour que ces phénomènes électromagnétiques se propagent le plus proprement possible, sans bruit ni événement anormal. Une anomalie peut être un déclenchement de disjoncteur ou une déconnexion de ligne. Un transitoire pourrait être la mise en/hors service d'un banc de condensateurs provoquant un appel de courant bref. Si le système n'est pas dimensionné pour, cela peut endommager l'équipement.

Utilisation de la bibliothèque

Tech Briefs : Que peut faire un utilisateur avec ces informations ?

Wilson : L'utilisateur crée un compte et accède à notre tableau de bord. Il peut y rechercher des événements selon divers critères : date, heure, description textuelle fournie, taux d'échantillonnage, type de capteur. Un bouton permet le téléchargement, et une fonctionnalité affiche le tracé de l'événement sur le site avant téléchargement.

Tech Briefs : En tant que service public, j'enregistre un événement sur mon réseau et le compare à votre base ?

Wilson : C'est l'une des utilisations. Nous travaillons aussi sur un outil de « recherche d'image inversée » intégré à la bibliothèque : on reçoit une donnée inconnue, on cherche la correspondance la plus proche dans la base pour identifier la cause possible. C'est un projet en cours.

L'autre usage est pédagogique : apprendre à reconnaître l'aspect de certains événements, pour former l'œil d'un ingénieur. On peut rechercher par nom d'événement — par exemple « arc électrique » — et comparer sa propre forme d'onde à celle de la base pour confirmer ou infirmer une hypothèse.

Exploitation opérationnelle

Tech Briefs : Une fois l'événement identifié, comment l'opérateur utilise-t-il l'info ?

Wilson : Cela dépend du type d'événement. Si on détecte un signe de défaillance naissante — un pattern précurseur d'arc électrique —, on peut le matcher avec la base et intervenir avant la rupture d'isolateur ou l'endommagement d'équipement. C'est très précieux, car l'arc électrique est une anomalie difficile à détecter.

Tech Briefs : Mais il faut encore le localiser.

Wilson : Bien sûr, mais c'est une base de données, pas un système de localisation — chaque circuit est différent.

Variabilité des formes d'onde selon la distance capteur-événement

Tech Briefs : La forme d'onde ne varie-t-elle pas selon la distance entre le capteur et l'événement ?

Wilson : Absolument. De nombreux facteurs entrent en jeu. Pour une observabilité totale, il faudrait des capteurs tous les X mètres — économiquement impossible. Il faut donc faire des jugements éclairés. Pour l'arc électrique, les mesures sont probablement très proches de l'événement, vu la physique de propagation des fréquences d'arc le long du conducteur. On peut dire raisonnablement que c'est « proche », mais la distance exacte n'est pas dans la bibliothèque — c'est un gros problème de recherche.

Perspectives et développement

Tech Briefs : Voulez-vous ajouter quelque chose ?

Wilson : Nous travaillons dessus depuis quelques années. L'objectif est de construire cette base pour le monde académique et la recherche, pas seulement comme outil pour les services publics. Il y a beaucoup de développement IA pour le réseau électrique actuellement. Le DOE lance de nombreux appels pour des applications IA et basées sur les données sur le réseau. Cette bibliothèque vise aussi à soutenir ces efforts.

Tech Briefs : Travaillez-vous sur l'augmentation de la quantité ou de la qualité des données ?

Wilson : Les deux, en continu. Nous sommes toujours en quête de données.

Tech Briefs : De qui espérez-vous recevoir plus de données ?

Wilson : Principalement des services publics, car ils ont des données représentatives du monde réel. On peut simuler autant qu'on veut, mais les simulations ne couvrent pas tous les cas limites du réel. Tout ce qui est dans la bibliothèque aujourd'hui vient de capteurs réels sur le terrain, pas de simulations. Je ne dis pas que les données simulées n'ont pas de valeur, mais on ne peut pas capturer tous les comportements anormaux en simulation sans connaître la physique de chaque circuit du pays et du monde.