Έγχυση/Εξαγωγή σημάτων PLC σε/από γραμμές μεταφοράς ΜΤ

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της έγχυσης/εξαγωγής σημάτων πληροφορίας που μεταδίδονται μέσω των γραμμών ισχύος (PLC, PowerLine Communications signals) σε/από γραμμές του δικτύου μέσης τάσης (ΜΤ), διαδικασία απαραίτητη για την επικοινωνία στα Ευφυή Δίκτυα (Smart Grids). Η ΜΤ έχει το πλεονέκτημα ότι καλύπτει ευρύτερες περιοχές σε σχέση με τη ΧΤ και φθάνει σε απομακρυσμένους χρήστες του ηλεκτρικού δικτύου. Τα συστήματα μετάδοσης σημάτων PLC αποσκοπούν στην εξυπηρέτηση τέτοιων κόμβων, είτε για παραγωγούς ενέργειας είτε για καταναλωτές. Στην εργασία αυτή μελετώνται οι συζεύκτες (couplers), οι οποίοι αποτελούν διατάξεις υπεύθυνες για την ασφαλή σύνδεση του PLC modem με τη γραμμή ΜΤ. Η σύζευξη είναι πολύπλοκη διαδικασία και εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το είδος της γραμμής ΜΤ (εναέρια ή υπόγεια) ή το σημείο σύνδεσης του συζεύκτη στη γραμμή ΜΤ. Περιγράφονται τα δύο είδη των συζευκτών που χρησιμοποιούνται στην πράξη (χωρητικοί και επαγωγικοί συζεύκτες) και αναλύονται ο ρόλος τους, η λειτουργία τους καθώς και τα κατασκευαστικά τους χαρακτηριστικά. Συγκεκριμένα, γίνεται λεπτομερής περιγραφή του ισοδύναμου κυκλώματος ενός ευρυζωνικού χωρητικού συζεύκτη εγκατεστημένου σε εναέρια γραμμή ΜΤ, το οποίο προσομοιώνεται για να εξεταστεί η συμπεριφορά τέτοιων συζευκτών και να μελετηθούν τα εξαγόμενα αποτελέσματα.

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο ρόλο και τις λειτουργίες των ευφυών δικτύων (ΕΔ) και στις διαθέσιμες τεχνολογίες επικοινωνιών μέσω αυτού. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τεχνολογία PLC (Narrowband και Broadband PLC) και οι εφαρμογές της. Επιπλέον, ορίζεται η σύζευξη σημάτων PLC στις γραμμές μεταφοράς ΜΤ. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται μοντέλα έγχυσης/εξαγωγής σημάτων PLC σε/από εναέριες και υπόγειες γραμμές ΜΤ. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται τα δύο είδη συζευκτών (χωρητικοί και επαγωγικοί συζεύκτες) καθώς και τα επιμέρους τμήματά τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται το ισοδύναμο κύκλωμα ενός ευρυζωνικού χωρητικού συζεύκτη. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της έγχυσης PLC σήματος σε εναέρια γραμμή ΜΤ μέσω του ισοδύναμου κυκλώματος του ευρυζωνικού χωρητικού συζεύκτη που σχεδιάσθηκε στο πέμπτο κεφάλαιο με τη χρήση του προγράμματος OrCAD.

This diploma thesis deals with the injection and extraction of PowerLine Communications (PLC) signals transmitted into or from the power line of the medium voltage (MV) grid, which is considered fundamental for Smart Grid communications. The MV grid has the advantage of covering wider areas compared to the LV grid as well as serving remote users of the electricity network. PLC systems over MV aim at serving these nodes either producing or consuming electrical energy. This thesis studies the couplers, i.e. assemblies implementing safe connection of the PLC modem to the MV line. Coupling is a complex procedure and depends on many factors such as the configuration of the MV grid (overhead or underground) or the connection point of the coupler along an MV line. The two types of the couplers employed in practice are described, namely capacitive and inductive couplers, and their role, function and construction features are analytically discussed. Specifically, a detailed description of the equivalent circuit of a broadband capacitive coupler installed on MV overhead lines is given. Simulations have been performed to examine the behavior of such couplers and study the results obtained.

The first chapter provides an overview of the role and functions of Smart Grids and the related communication technologies over it. In the second chapter, the PLC technology (Narrowband and Broadband PLC) is presented along with its applications. The coupling of PLC signals onto MV power lines is also defined and discussed. In the third chapter, the models related to injection/extraction of PLC signals over underground and overhead MV lines are studied. In the fourth chapter, the two types of couplers, i.e. capacitive and inductive couplers, are analytically described along with their components. In the fifth chapter, the equivalent circuit of a broadband capacitive coupler is determined. Finally, in the sixth chapter, simulations concerning the injection of PLC signals onto overhead MV power lines based on the equivalent circuit of the broadband capacitive coupler determined in the fifth chapter through the OrCAD are presented and discussed.