Pour construire un jumeau numérique efficace pour un micro-réseau, il faut une architecture robuste qui gère les données depuis leur source jusqu'à leur analyse. On peut voir cette architecture en trois couches principales : la couche physique, la couche d'interconnexion et la couche numérique. Chaque couche joue un rôle distinct mais interdépendant pour créer une réplique virtuelle dynamique et précise du système énergétique réel.

La base de tout jumeau numérique est la couche physique. C'est là que se trouvent les actifs réels du micro-réseau : panneaux solaires, batteries de stockage, éoliennes et charges. Pour que le jumeau numérique sache ce qu'il se passe, cette couche doit être équipée d'un réseau de capteurs et d'instruments.

Les compteurs intelligents (Smart Meters) fournissent des données de consommation et de production d'énergie à des intervalles réguliers. Pour une vision plus fine et quasi instantanée de l'état du réseau, on utilise des unités de mesure de phase (PMU). Ces dispositifs sophistiqués mesurent la tension et le courant avec une synchronisation temporelle très précise, offrant un aperçu détaillé de la stabilité et de la qualité de l'énergie sur le réseau. Des capteurs environnementaux (température, ensoleillement, vitesse du vent) complètent ce tableau pour contextualiser la production des énergies renouvelables.

Une fois les données collectées, elles doivent être transmises de manière fiable et efficace. C'est le rôle de la couche d'interconnexion.

Dans l'Internet des Objets Industriel (IIoT), différents protocoles de communication coexistent pour répondre à des besoins variés. Pour un jumeau numérique, le choix du protocole est crucial car il affecte la latence, la fiabilité et la scalabilité du système. Trois protocoles sont couramment utilisés : MQTT, OPC UA et Modbus.

Modbus est un protocole plus ancien, simple et robuste, souvent utilisé pour communiquer avec des équipements industriels existants. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est plus moderne et sécurisé, offrant un modèle de données riche, ce qui le rend idéal pour intégrer des systèmes complexes. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) est un protocole léger basé sur un modèle de publication/abonnement. Il est particulièrement bien adapté à l'IoT car il est efficace pour transmettre de petits paquets de données sur des réseaux peu fiables, avec une faible consommation de bande passante.

La gestion de ces flux de données en temps réel est un défi majeur. Les données des PMU, par exemple, peuvent arriver à une fréquence de 50 à 60 fois par seconde. Pour gérer ce déluge d'informations, des plateformes de streaming de données comme Apache Kafka sont essentielles. Kafka agit comme une autoroute de données, capable d'ingérer d'énormes volumes de messages provenant de sources multiples (les "producteurs") et de les distribuer à diverses applications (les "consommateurs") en temps réel et avec une faible latence.

Le flux de données ne s'arrête pas à l'ingestion. Les données brutes de séries temporelles sont souvent bruitées ou incomplètes. Une étape de nettoyage et de prétraitement est donc nécessaire. Cela peut inclure le filtrage des valeurs aberrantes, l'imputation des données manquantes et la synchronisation des horodatages provenant de différentes sources. Ce n'est qu'après ce traitement que les données sont prêtes à alimenter la couche numérique du jumeau, où la simulation et l'analyse auront lieu.