UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
Facultatea de Energetica
COMUNICAŢII DIGITALE PE REŢEAUA DE ALIMENTARE
CU ENERGIE ELECTRICĂ
(Power Line Communications)
Student:
Neagu Constantin-Iulian
Grupa
2211 C
BUCURESTI
DECEMBRIE 2007
Cuprins
Transmiterea de semnale prin reteaua electrică
1. Introducere
2. Transmisiile de date în companiile de electricitate
3. Noile tehnologii de comunicatie - o noua legatura cu clientii
4. Topologia unei retele PLC
6. Concluzii
Transmiterea de semnale prin reteaua electrică
Alexandru-Ionut Chiuta
(Material propus pentru publicare la data de: 6-08-2005)
Acesta este primul articol pe care în
public în cadrul rubricii "Cercetare, stiintă, tehnologie". Am citit
cu atentie, timp de câteva saptămâni, celelalte articole publicate în diversele
rubrici ale portalului si am considerat că este bine să încep cu un articol
care prezintă un subiect actual, pe care îl cunosc bine. Tema lucrării mele de doctorat
este "Transmiterea de semnale prin reteaua de distributie a energiei
electrice - probleme de compatibilitate electromagnetică" si este amintit
în paginile sitului "Universul Energiei", care se găseste la adresa
https://UniversulEnergiei.educatia.ro/ Săptămâna trecută am fost contactat de un
redactor al rubricii de internet si comunicatii de la revista
"Capital" si am fost solicitat să ofer detalii despre tehnologia de
comunicatii prin reteaua electrică:
"Ministerul Comunicatiilor si
Tehnologiei Informatiei a deschis [recent] o procedură de licitatie pentru
atribuirea proiectului pilot de implementare a sistemului PLC (Power Line
Communications) în satul Mărăsesti din comuna Band, jud. Mures, România. Vor fi
achizitionate echipamente de interconectare la reteaua de linii electrice,
terminale telefonice, precum si calculatoare si alte echipamente informatice.
Acestea vor fi livrate si instalate în satul Mărăsesti, cei interesati trebuind
să depună oferta pentru întreaga gamă de produse solicitate. Aceasta este
motivul articolului nostru pentru a lămuri cititorul ce înseamnă PLC si ce
implică acesta."
Întrebarile publicate aici au fost
scrise de redactorul revistei Capital, iar raspunsurile sunt date de ing.
Alexandru-Ionut Chiută, doctorand la Facultatea de Inginerie Electrică din
cadrul Universitatii "Politehnica" din Bucuresti:
- Cum este acest sistem, PLC?
În ultimii ani s-a scris mult despre
comunicatiile prin liniile electrice si au fost realizate numeroase
proiecte-pilot care au ajutat la dezvoltarea acestei tehnologii, ajunsă astăzi
la a doua generatie de echipamente pentru comunicatii.
Punctul comun al tehnologiilor de comunicatie prin reteaua electrică
("sisteme de curenti purtători") îl reprezintă utilitatea lor pentru
distribuitorii de electricitate si clientii acestora. Diversele aplicatii ale
tehnologiilor de comunicatii prin reteaua electrică (Power Line Communications,
PLC) se pot clasifica în principal în functie de spectrul de frecventă folosit:
* pentru controlul sarcinii: tehnologiile UNB (Ultra Narrow Band) folosesc un
semnal de frecventă joasă, mai mică de 50 Hz ;
* pentru diverse aplicatii (monitorizarea retelei electrice, managementul
energiei, etc.): tehnologiile PLC (Power Line Carrier, denumirea nu trebuie
confundată cu Programmable Logic Controller) folosesc frecvente cuprinse între
3 kHz si 148,5 kHz, conform standardului european EN 50065 al Comitetului
European de Standardizare pentru Electrotehnică (CENELEC);
* pentru internet de mare viteză, telefonie si televiziune: tehnologiile BPL
(Broadband PowerLine) folosesc o bandă de frecvente foarte largă, care poate
începe de la 148,5 kHz si este limitată la 30 MHz, conform reglementărilor din
diverse tări.
Pentru tehnologiile BPL, banda de
frecvente începe, de obicei, de la 1,6 MHz. Sunt
foarte rare cazurile în care sunt folosite
frecvente mai mici care încep de la 148 kHz. Trebuie
amintit acest lucru pentru că, în anumite prezentări, acronimul PLC este
considerat sinonim cu BPL.
- Cine poate fi companie furnizoare de internet prin acest sistem? doar
companiile de electricitate?
Companiile de electricitate (pentru
că detin controlul asupra cablurilor electrice) si partenerii acestora pot
oferi servicii de internet conform reglementărilor specifice pentru fiecare
tară.
- Ce presupune sistemul PLC ca infrastructură, fată de cea deja existentă în
firele electrice?
Sistemele de comunicatii prin
reteaua electrică folosesc în general, ca infrastructură, cablurile de medie si
joasă tensiune din exteriorul clădirilor (Power Line Outdoors Telecoms), dar si
cablurile de joasă tensiune din interiorul cladirilor (Power Line Indoors
Telecoms). Sistemele de comunicatii PLC si BPL folosesc, în general,
următoarele elemente:
* modemul, care se conectează la un echipament de la/către care este necesară
transmisia datelor (la un contor electric, la o retea de calculatoare) -
modemul este singurul echipament care trebuie cumpărat sau inchiriat de către
clienti;
* modemul comunică cu un demodulator-repetor care realizează legătura dintre
sistemul "indoor" si sistemul "outdoor" (un astfel de
echipament este instalat de compania de electricitate pentru fiecare clădire);
* repetoare, care sunt instalate la distante de câteva zeci sau sute de metri,
pe cablurile electrice, pentru a "reface" semnalul de înaltă
frecventă, care poate fi atenuat, reflectat sau perturbat;
* concentratorul principal, care controlează sistemul "outdoor" si
are rolul de a conecta celula de energie (Power Cell, situată în
transformatorul de cartier) la reteaua de comunicatii clasică ("backbone",
reprezentată de fibra optică sau comunicatii fără fir) - adică diversele
sisteme care injectează semnalul în reteaua electrică (sunt folosite unul sau
mai multe canale de comunicatie care să permită concentrarea datelor în vederea
transmiterii la distantă);
* un sistem de informatic care gestionează procesele de comunicatie si eventual
stochează într-o bază de date informatiile transmise.
- Ce
investitii ar presupune această infrastructură?
Investitiile sunt cel putin de
ordinul sutelor de mii de euro pentru companiile de electricitate si partenerii
lor. Aceste investitii reprezintă costul echipamentelor de comunicatii care
trebuie instalate si configurate. Pentru că în prezent aceste echipamente sunt
încă produse în serie mică, preturile sunt destul de mari.
Pentru clientii care doresc să folosească sistemele de comunicatii PLC,
costurile sunt rezonabile: nu trebuie achizitionat decât modemul, iar ulterior
trebuie plătit abonamentul lunar pentru folosirea serviciilor de comunicatie
disponibile.
- Care ar fi avantajele acestui sistem?
Avantajele pot fi analizate din
punctul de vedere al companiilor si din cel al utilizatorilor. Pe scurt, este
vorba de flexibilitate, simplitate (în special pentru reteaua interioară,
"indoor"), stabilitatea în functionare. Se pot aminti si câteva
inconveniente: fiabilitatea redusă a unor echipamente, ratele de transfer
reduse comparativ cu alte tehnologii concurente (fibra optică, ADSL, cablu TV,
comunicatii fără fir) atunci când se încearcă conectarea unui număr mare de
echipamente de comunicatie pentru multi utilizatori.
- Cu cât ar fi mai ieftin internetul prin sistem PLC pentru consumatorul
final fată de internetul prin celelalte sisteme?
Preturile sistemelor de comunicatie
(modemuri) pentru utilizatorii finali porneste de la câteva zeci de euro si
poate ajunge la sute de euro. Pentru mai multe detalii se pot consulta
informatii oferite de diversele companii producătoare de echipamente.
- Cine credeti că pot fi societătile care ar putea fi interesate de PLC în
România?
1) SC Electrica SA - https://www.electrica.ro/ (distribuitor de energie
electrică, misiunea lor este "operarea si dezvoltarea retelelor electrice
de distributie"): a realizat diverse proiecte pilot în cadrul filialelor
Muntenia Sud, Muntenia Nord, Transilvania Nord si Banat;
2) SC Teletrans SA - https://www.teletrans.ro/ (este "filiala pentru
servicii de telecomunicatii si tehnologia informatiei a Companiei Nationale de
Transport al Energiei Electrice TRANSELECTRICA"): pregăteste un proiect
pilot în cadrul Universitătii POLITEHNICA din Bucuresti, în localul Facultătii
de Automatică si Calculatoare ;
3) AEM Timisoara - https://www.luxten.com/ro/aem/ (sucursală a SC Luxten
Lighting Company SA), care colaborează cu Electrica SA la proiectele pilot
si
4) diverse alte companii care au capital uman si financiar suficient pentru a
se implica într-o astfel de activitate.
1. Introducere
Companiile de distributie a energiei electrice sunt un nou competitor pe piata de telecomunicatii. De-a lungul ultimilor ani, rolul lor principal a fost de consumator de astfel de servicii de transmisii de voce si de date. Datorita ariei mari de acoperite de retelele de înalta, medie si de joasa tensiune, aproximativ întreg teritoriul statelor dezvoltate face parte din aceasta retea electrica. Retele electrice impun prezenta unor automatizari si relee de protectie. Retelele de joasa tensiune nu au fost niciodata utilizate pentru transmiterea informatiilor (cu exceptia câtorva teste desfasurate în anii '90). Retelele de medie tensiune utilizeaza asa-numitele sisteme de automatizare a distributiei (SAD) care implica comunicatia cu dispecerul energetic. Caile de comunicatie utilizate în prezent sunt asigurate de retele
radio (în banda radio sau chiar microunde). Liniile de înalta tensiune sunt utilizate pentru transmisii de date de mica viteza (9.6 kbps) si de voce de mai bine de 40 de ani. Pretul echipamentelor este ridicat, dar caile de comunicatie sunt suficient de sigure pentru a justifica astfel aceste costuri.
2. Transmisiile de date în companiile de electricitate
O diagrama a sistemului actual de comunicatii utilizat de companiile de distributie a energiei electrice este prezentata în Figura 1. Majoritatea legaturilor sunt pe linii închiriate si sisteme PLC de mica viteza.
Necesitatile de comunicatie dintre dispecer si reteaua de automatizare de medie tensiune este asigurata în parte de o retea radio, cu viteze de 1200 bps si în cel mai bun caz de 9600 bps. Liniile închiriate nu sunt o alternativa din cauza costurilor mari. Comunicatiile de mare viteza pe distante lungi sunt acoperite în exclusivitate de legaturi radio închiriate. În acest moment nu exista transfer de informatie între dispecer si consumator (cu câteva exceptii - pentru anumiti mari consumatori exista linii închiriate).
Comunicatiile de voce sunt asigurate de companiile publice sau private de telefonie prin intermediul liniilor
închiriate sau a terminalelor mobile. Politicile tarifare ale acestor companii au determinat o scadere a costurilor pentru comunicatiile de mare distanta la companiile de telefonie mobila comparativ cu cele de telefonie fixa.
Aplicatii ca citirea automata a contoarelor sunt asigurate prin intermediul modem-urilor GSM integrate într-o retea nationala. Din nou, costurile asociate acestui tip de transmisie sunt prohibitive. Cablurile de fibra optica care se instaleaza în acest moment pe reteaua de înalta tensiune va asigura necesitatile de comunicatie dintre dispecer si transmisiile de voce si date dintre statiile de transformare. În aceasta arhitectura clientul nu face parte din proiect.
3. Noile tehnologii de comunicatie - o noua legatura cu clientii
4. Topologia unei retele PLC
Retele electrice multiple tipice pentru autovehicule
Transmitator-receptorul semiconductor de retea electrica DC-BUS incorporeaza date tehnice de comunicatii sofisticate pentru a pune stapanire pe mediul ostil al retelelor electrice ale autovehiculelor.
Aplicatii:
-retele electrice cu autopropulsie DC pentru autobuze CAN, transmitator-receptoare LIN;
-retele de curent electric pentru cresterea securitatii multiple ale automobilelor;
-consumatori si industria UART, retele SPI pentru comunicatii multiple;
-retele electrice multiple Avionics
-comunicatii PLC pentru autocamioane DC
6. Concluzii
Bibliografie
1. AKKERMANS, J.M., HEALEY, D., OTTSSON, H.: Report on the Transmission of Data over the Electricity Power Lines
(Raport privind transmiterea datelor pe liniile de alimentare cu energie electrica), Report to the European Commission (DG III,
Information Society Technologies - IST Programme),
Task contract No.116503 Report,
2. DIETHARD, H.: Update on Power Line
Telecommunication (PLT) Activities in
datelor prin reteaua de energie electrica în Europa), IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility,
3. DOSERT, K.: EMC Aspects of High Speed Powerline Communications (Aspecte privind compatibilitatea electro-magnetica în
cazul transmisiilor de mare viteza pe reteaua de energie electrica), Proceedings of the 15th International Wroclaw Symposium
and Exhibition on
Electromagnetic Compatibility, June 27-30,
4. DOSERT, K.: RF-Models of the Electrical Power Distribution Grid (Modelul de radio frecventa a retelei de distributie a energiei electrice),
Proce of the 1998 International Symposium on Power Line
Communications and its Applications,
5. ISSA, F. et. al.: Outdoor Radiated Emission Associated with PLC Systems (Emisiile exterioare asociate sistemelor PLC), IEEE
International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Aug.
13-17,
6. WELSH, D. W.: Investigation of likely increase in established radio noise floor due to widespread deployment of PLT, ADSL and
VDSL broadband access technologies (Investigatii privind stabilirea nivelului de zgomot de fond datorita dezvoltarii pe scara
larga
a tehnologiilor de banda
larga PLT, ADSL si
VDSL), EMC Symposium,
7. CERN, Y.: Inductive coupling of a data signal to a power transmission cable (Cuplajul inductiv al semnalului de date la un cablu
de energie electrica), US Patent no. US6452482, 2002
8. LOCHER, J.: Survey of Power Line Telecommunication (PLT) - Applications and the scheduled research (Analiza transmisiilor
de
date pe reteaua de energie electrica - Aplicatii si cercetari programate), Laboratory
activity report,
Technology and Economics, 2002
9. www.PLCForum.com
10. www.ipcf.org
11. www.homeplug.com
12. www.hdl.de
13. www.ambientcorp.com
14. www.enersearch.com
15. R Broadridge Power line
modems and networks' 4'th International Conference on Metering Applications and
Tariffs for Electricity Supply IEE conf. Publ 300
1984 pp 294-296 (
16. M Hosono et al, Improved Automatic meter reading and load control system and its operational achievement, ,4th international conference on metering, apparatus and tariffs for electricity supply pp 90-94, 26-28 October 1982, IEE
17. D Cooper, T Jeans, Narrowband, Low Data Rate Communications on the Low-Voltage Mains in the CENELEC Frequencies- Part I: Noise and Attenuation, IEEE Trans on Power Delivery, vol 17 no 3 July 2002 pp 718-723
18. J Newbury, Communication requirements and standards for low voltage mains signalling, IEEE trans. on Power Delivery, Vol 13 no 1, Jan 1998, pp 46-49
19. https://www.interglob.ro/bpl.php
20. J. L. Blackburn (ed),Applied Protective Relaying, Westinghouse
Electric Corporation (1976)
21. G Duval, Applications of power line carrier at Electricite de France Proc 1997 Internat. Symp on Power Line Comms and its Applications pp76-80
|
