Dans les postes électriques modernes, les réseaux de communication jouent un rôle essentiel pour connecter les équipements intelligents tels que les IED (Intelligent Electronic Devices), les systèmes SCADA, les RTU, les relais de protection et les centres de contrôle.

Ces protocoles permettent de transmettre des informations critiques comme les mesures électriques, les états des équipements, les alarmes et les commandes à distance. Avec le développement des réseaux électriques intelligents et des postes numériques, le choix du protocole de communication adapté devient un élément clé pour garantir la fiabilité, l’efficacité et l’évolutivité des systèmes.

Parmi les protocoles les plus utilisés dans l’automatisation des postes électriques figurent Modbus, DNP3, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104 et IEC 61850.

Les principaux protocoles de communication des postes électriques

Modbus : un protocole industriel simple et largement adopté

Modbus est l’un des protocoles de communication industrielle les plus répandus grâce à sa simplicité et à sa grande compatibilité avec les équipements de nombreux fabricants.

Il est fréquemment utilisé dans les systèmes auxiliaires des postes électriques, notamment pour les compteurs d’énergie, les systèmes UPS, les capteurs environnementaux et les équipements basés sur PLC.

Modbus existe principalement sous deux formes :

• Modbus RTU/ASCII : communication série via RS-232 ou RS-485
• Modbus TCP : communication Ethernet basée sur TCP/IP

Avantages :

• Configuration simple et faible coût de déploiement
• Large compatibilité avec les équipements industriels
• Facile à intégrer dans différents systèmes

Limites :

• Pas de chiffrement ni d’authentification intégrés
• Modèle de données limité par rapport aux protocoles modernes
• Peu adapté aux applications nécessitant une communication très rapide

DNP3 : une communication fiable pour les systèmes SCADA électriques

DNP3 (Distributed Network Protocol) a été développé pour les applications des réseaux électriques et est largement utilisé dans les systèmes SCADA, notamment en Amérique du Nord.

Contrairement aux protocoles basés uniquement sur l’interrogation cyclique, DNP3 permet la transmission d’événements. Les équipements peuvent ainsi envoyer immédiatement des informations importantes lorsqu’un changement survient.

Le protocole prend également en charge l’horodatage des événements, ce qui facilite l’analyse des défauts et des incidents électriques.

Avantages :

• Communication fiable sur de longues distances
• Optimisation de l’utilisation de la bande passante
• Transmission d’événements avec horodatage précis

Limites :

• Le protocole de base ne dispose pas de fonctions de sécurité avancées
• Moins utilisé dans les nouveaux projets basés sur IEC 61850

IEC 60870-5-101 et IEC 60870-5-103 : des protocoles toujours présents dans les installations existantes

Le protocole IEC 60870-5-101 (IEC 101) est un protocole de téléconduite série conçu pour les systèmes électriques. Il est principalement utilisé pour les communications entre les systèmes SCADA et les RTU dans les postes traditionnels.

Il fonctionne généralement sur des réseaux série RS-232 ou RS-485 et reste présent dans de nombreuses infrastructures existantes.

Le protocole IEC 60870-5-103 (IEC 103) est spécialement conçu pour la communication avec les relais de protection. Il permet l’échange d’informations telles que :

• Événements de protection
• Enregistrements de défauts
• Paramètres des relais
• États des équipements

Même si ces protocoles restent utilisés, de nombreux nouveaux projets évoluent progressivement vers des solutions Ethernet comme IEC 104 et IEC 61850.

IEC 60870-5-104 : la téléconduite basée sur Ethernet

IEC 104 est l’évolution Ethernet du protocole IEC 101. Il conserve les fonctions applicatives de son prédécesseur tout en utilisant les réseaux TCP/IP modernes.

Grâce à son fonctionnement sur Ethernet, fibre optique ou réseaux WAN, IEC 104 est largement utilisé pour les communications entre les postes électriques et les centres de contrôle.

Applications courantes :

• Surveillance à distance
• Téléconduite des réseaux électriques
• Automatisation de la distribution
• Intégration des énergies renouvelables

IEC 104 offre une meilleure évolutivité que les protocoles série traditionnels et facilite l’intégration dans les infrastructures réseau modernes.

IEC 61850 : la référence des postes électriques numériques

IEC 61850 est aujourd’hui l’un des standards les plus importants pour l’automatisation des postes électriques numériques.

Contrairement aux protocoles traditionnels utilisant principalement des échanges de données point par point, IEC 61850 repose sur un modèle de données orienté objet avec des nœuds logiques standardisés (Logical Nodes).

Cette approche améliore l’interopérabilité entre les équipements de différents fabricants et simplifie l’ingénierie des systèmes.

IEC 61850 définit plusieurs services de communication majeurs :

• MMS (Manufacturing Message Specification) : utilisé pour la supervision, la configuration et l’échange de données avec les systèmes SCADA
• GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event) : permet une communication rapide entre équipements pour les fonctions de protection et d’interverrouillage
• Sampled Values (SV) : transmet les mesures électriques en temps réel provenant des équipements de mesure numériques

Avantages :

• Excellente interopérabilité entre différents fabricants
• Communication haute vitesse pour les applications critiques
• Réduction du câblage grâce aux réseaux Ethernet

Limites :

• Mise en œuvre plus complexe
• Besoin de compétences spécifiques
• Coût initial généralement plus élevé

Comment choisir le bon protocole de communication pour un poste électrique ?

Il n’existe pas un protocole unique adapté à toutes les applications. Le choix dépend de plusieurs facteurs :

• Infrastructure existante
• Besoins en vitesse de communication
• Compatibilité des équipements
• Exigences de cybersécurité
• Évolutivité future du système

Dans la pratique, plusieurs protocoles sont souvent utilisés ensemble :

• IEC 61850 pour les postes numériques et les communications rapides entre IED
• IEC 104 pour la téléconduite entre postes et centres de contrôle
• Modbus pour les équipements auxiliaires
• DNP3 pour certaines applications SCADA
• IEC 101/103 pour les installations existantes

Le rôle des passerelles de protocoles dans les systèmes électriques modernes

Avec la modernisation des réseaux électriques, les exploitants doivent souvent connecter de nouveaux équipements numériques avec des systèmes existants.

Le remplacement complet des équipements historiques peut être coûteux et difficile. Les passerelles de protocoles offrent une solution pratique en permettant la communication entre différents standards.

Elles peuvent assurer l’intégration entre :

• RTU
• PLC
• Relais de protection
• Compteurs électriques
• IED
• Systèmes SCADA

Certaines solutions industrielles proposées par des fournisseurs spécialisés comme COME-STAR prennent en charge plusieurs protocoles, notamment IEC 61850, IEC 104, IEC 101, IEC 103, Modbus et DNP3.

Ces passerelles permettent notamment :

• Conversion de protocoles
• Collecte et transmission de données
• Intégration d’équipements multi-constructeurs
• Traitement local des données en périphérie (edge computing)

Les passerelles industrielles modernes peuvent également intégrer :

• Fonctionnement dans des environnements difficiles
• Entrées d’alimentation redondantes
• Interfaces Ethernet et série
• Filtrage local des données
• Fonctions de cybersécurité

Conclusion

Chaque protocole de communication possède ses propres caractéristiques et répond à des besoins spécifiques dans les systèmes électriques.

Modbus reste adapté aux équipements auxiliaires, IEC 104 est largement utilisé pour la téléconduite, tandis qu’IEC 61850 constitue aujourd’hui la base des postes numériques modernes.

Dans de nombreux projets de modernisation, la meilleure approche consiste à créer une architecture de communication flexible permettant d’intégrer les équipements existants et les nouvelles technologies grâce à des solutions fiables de conversion de protocoles.

Source : Adapté à partir du blog technique de COME-STAR sur les solutions de réseaux industriels → https://www.come-star.com/fr/blog/substation-communication-protocols/