La bibliothèque d’événements de signature du réseau permet une analyse approfondie du réseau électrique

La bibliothèque d'événements de signature de grille dynamise la compréhension des services publics et des chercheurs sur le comportement de la grille en donnant accès à des ensembles de données de formes d'onde provenant des opérations de grille. (Image :Adam Malin/ORNL, Département américain de l'énergie)

Notes techniques : Pourriez-vous me raconter comment ce projet a commencé ?

Aaron Wilson : Je n'étais pas à l'origine de la bibliothèque de signatures d'événements Grid . C'était relativement nouveau lorsque j'ai rejoint le laboratoire en 2019, mais il n'a vraiment démarré que vers 2021. J'ai pris la relève au printemps 2022.

Nous avons reçu un financement du DOE pour créer une bibliothèque de signatures d'événements du réseau électrique. Ce serait une ressource incontournable permettant aux utilisateurs d'examiner le comportement de certaines de ces formes d'onde sur le système afin de savoir quoi rechercher sur leurs propres systèmes. Au fur et à mesure que nous avons obtenu davantage de données de différents partenaires et que nous avons continué à en faire la promotion au cours des deux dernières années, cela a vraiment commencé à gagner du terrain.

Notes techniques : Permettez-moi d'essayer d'avoir une meilleure idée du système. Disposez-vous d'une manière standardisée de classer les formes d'onde et d'étiqueter les événements associés ?

Wilson : L'un des défis que nous avons rencontrés il y a quelques années consistait à attribuer un système d'étiquetage uniforme à tous les différents types de données que nous recevions des fournisseurs. Nous avons remarqué que chacun avait sa propre façon d’attribuer une étiquette à quelque chose qui s’était produit. Il nous était généralement remis sous la forme d'une description textuelle de ce que l'opérateur ou l'ingénieur avait noté lorsqu'il enregistrait l'événement. Ainsi, après avoir passé au peigne fin tout ce que nous avions à l'époque, nous avons décidé de mettre en place un système hiérarchique qui englobe tout ce que nous avons, à la fois à partir de cet ensemble de données et de ce que nous avons de nos connaissances générales sur le système électrique. Nous avons ensuite élaboré une taxonomie assez uniforme sur l’ensemble de notre ensemble de données. Ainsi, chaque fois que nous recevons de nouvelles données, nous disposons de suffisamment d'étendue dans cette taxonomie pour pouvoir lui attribuer un emplacement approprié.

Notes techniques : Pouvez-vous me donner une idée de ce qu'est la taxonomie ?

Wilson : Il comporte trois couches, nous les appelons groupes, classes et sous-classes. Les groupes sont des types de catégories de très haut niveau, par exemple quelles phases sont affectées sur le système électrique – vous avez généralement trois phases. Il existe un groupe appelé conditions, dans lequel vous trouverez des éléments tels que les catastrophes naturelles et les événements liés aux conditions météorologiques. Sous ceux des classes et des sous-classes se trouve l'endroit où vous commencez à explorer les catégories plus spécifiques que nous attribuerions à ces différents événements.

Notes techniques : Pourriez-vous me donner un exemple des types de catégories que vous pourriez avoir ?

Wilson : Par exemple, nous pourrions avoir une catégorie appelée « conditions » comme groupe, puis nous pourrions avoir « météo » comme classe, et enfin la sous-classe pourrait être « orage ». Ou nous pourrions avoir un groupe simplement appelé « événements », et nous pourrions avoir une classe en dessous intitulée « qualité de l'énergie », et en dessous nous pourrions avoir une « surtension de courant » ou un « transitoire ».

Notes techniques : Comment reliez-vous les surtensions ou les transitoires de courant aux événements ?

Wilson : Un transitoire est un événement tel que nous le définissons. La façon dont nous définissons un événement est quelque chose qui se produit et qui constitue une anomalie :un comportement anormal auquel vous ne vous attendiez pas.

Pensez donc à la tension et au courant tels qu’ils se comportent sur le réseau. Puisque nous avons un système AC, il se comporte de manière sinusoïdale et le système est conçu de telle sorte que ces phénomènes, ces champs électromagnétiques, se propagent aussi proprement que possible, ce qui signifie qu'il n'y a pas de bruit ou d'événements anormaux. Un exemple d’anomalie pourrait être lorsque quelque chose se produit qui provoque le déclenchement d’un disjoncteur ou la déconnexion d’une section de ligne. Ce genre de choses est ce que nous appelons ici des événements. Un transitoire peut être quelque chose comme si une batterie de condensateurs s'était allumée ou éteinte, ce qui provoquait une courte surtension qui s'infiltrait dans le système. Si votre système n'est pas conçu pour gérer ce niveau de courant, cela peut endommager votre équipement.

Notes techniques : Que peut faire un utilisateur avec ces informations ?

Wilson : L'utilisateur peut créer un compte sur le site, puis accéder à ce que nous appelons notre tableau de bord. À partir de là, vous pouvez utiliser différents critères de requête pour rechercher des événements dans notre bibliothèque. Dans le tableau de bord, vous pouvez voir des informations relatives aux données, telles que la date et l'heure; la description textuelle qui nous a été fournie ; le taux d'échantillonnage auquel il a été signalé ; le type de capteur qui a été utilisé pour l’enregistrer. Et il y a un bouton pour le télécharger. Il existe également une fonctionnalité à côté de chaque événement dans les enregistrements qui vous permettra d'en voir un tracé sur le site Web avant le téléchargement.

Notes techniques : Donc, si je suis un service public, dois-je enregistrer un événement qui se produit sur mon réseau et ensuite le comparer à votre banque de données ?

Wilson : C'est certainement une façon. Une chose dont nous avons parlé au sein de notre groupe de trois laboratoires est de développer un outil que nous intégrerons à la bibliothèque et qui permettrait à quelqu'un d'effectuer ce que l'on pourrait appeler une recherche d'image inversée. Vous recevrez une donnée du côté utilitaire, vous ne savez pas ce qui l'a causé et vous souhaitez trouver quelque chose dans la base de données qui correspond le plus possible. Cela pourrait vous aider à avoir une idée de ce qui aurait pu arriver. C'est un projet en cours.

L'autre chose pour laquelle cela pourrait être utilisé est simplement une formation générale, pour apprendre à quoi ressemblent certains de ces événements, juste pour former l'œil d'un ingénieur qui ne sait pas comment certaines de ces choses fonctionnent. Vous pouvez entrer et rechercher, par exemple, le nom du type d'événement, comme un arc. Je veux voir à quoi ressemble un arc pour le comparer à ce que j'ai.

Supposons que je sois un opérateur et que je vois cette chose étrange qui s'est produite dans mes données et que j'essaie de comprendre ce que c'est ou ce que cela représente parce que quelque chose de grave s'est produit en conséquence. Je peux dire :« Je pense qu'il y a un arc électrique ». Je peux ensuite entrer et rechercher « arc » et comparer à quoi ressemble ma forme d'onde à ce à quoi ressemblent les données d'arc dans la base de données et dire : "Est-ce que ces éléments sont similaires ? Oh, ça a l'air d'être assez lié, ça pourrait être ça." Ou cela pourrait aider à exclure cette possibilité.

Notes techniques : Si je suis l'opérateur du réseau, une fois que je connais le type d'événement dont il s'agit, comment puis-je utiliser ces informations ?

Wilson : Eh bien, cela dépend du type d'événement. Si vous pensez voir ce que nous appellerions une défaillance naissante, si vous avez vu un motif qui pourrait indiquer un futur arc électrique, vous pouvez le comparer à quelque chose dans la base de données et vous êtes en mesure de l'arrêter avant qu'il ne brise réellement un isolant ou n'endommage un équipement. Ce serait très utile :les arcs électriques sont une anomalie difficile à détecter.

Notes techniques : Mais je dois encore le localiser d'une manière ou d'une autre.

Wilson : Bien sûr, mais il ne s'agit que d'une base de données, ce n'est pas nécessairement un système qui vous indiquerait où quelque chose pourrait se produire, car chaque circuit est différent.

Notes techniques : Lorsque vous collectez les formes d'onde pour votre base de données, la forme d'onde ne semblera-t-elle pas différente en fonction, par exemple, de la distance entre le capteur et l'événement ?

Wilson : Absolument. De nombreux facteurs entrent en jeu lors de l’organisation d’une base de données comme celle-ci. Si vous souhaitez une observabilité totale dans votre système, vous devrez installer des capteurs tous les X pieds. Ce n’est tout simplement pas réalisable sur le plan économique. Vous devez donc porter un jugement éclairé lorsque vous utilisez quelque chose comme celui-ci.

Dans l’exemple de l’arc, les mesures seraient probablement très proches de l’endroit où cet événement particulier se produit, simplement sur la base de la physique de la façon dont les fréquences des événements d’arc se déplacent le long du conducteur. Donc, vous pouvez raisonnablement dire que cela s'est produit à proximité – je ne peux pas vous donner la distance en pieds ou en miles, cette information n'est pas nécessairement contenue ici dans la bibliothèque. En fait, c'est un gros problème de recherche.

Notes techniques : Voulez-vous ajouter quelque chose ?

Wilson : C’est quelque chose sur lequel nous travaillons depuis quelques années maintenant. Il existe un fort sentiment de développer cette base de données pour qu'elle soit utilisée dans le monde universitaire et de la recherche, et pas seulement comme un outil pour les services publics. De nombreux développements en matière d’IA sont en cours actuellement, en particulier pour le réseau électrique. Le DOE lance de nombreux appels pour différentes applications d'IA et basées sur les données sur le réseau. Cela vise également à soutenir certains de ces efforts.

Notes techniques : Travaillez-vous à améliorer la quantité ou la qualité de la base de données ?

Wilson : Oui, et oui. Ce sont des efforts continus. Nous avons toujours faim de données, partout.

Notes techniques : Qui espérez-vous qu'il fournira plus de données ?

Wilson : Eh bien, nous voulons toujours des données provenant des services publics, car elles contiennent généralement des éléments plus représentatifs du monde réel. Nous pourrions simuler autant de données que nous le souhaitons et les insérer là-dedans, mais en fin de compte, elles ne couvrent pas tous les cas particuliers que vous pourriez voir dans le monde réel. Et donc, tout ce que nous avons ici en ce moment provient de vrais capteurs qui ont enregistré des données sur le terrain, ce n'est pas simulé à partir d'un programme. Je ne veux pas dire que les données simulées n'ont aucune valeur, mais nous ne pouvons pas capturer tous les comportements anormaux dans la simulation sans vraiment connaître la physique de chaque circuit du pays et du monde.