Μελέτη τηλεπικοινωνιακών ετερογενών αρχιτεκτονικών για έξυπνα ενεργειακά δίκτυα στα πλαίσια ανάπτυξης επικοινωνιακών συστημάτων 5ης γενιάς.

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά την υλοποίηση ενός επικοινωνιακού μοντέλου το οποίο καλείται να διασυνδέσει τις ενεργειακές διατάξεις του υπάρχοντος ηλεκτρικού δικτύου στην προσπάθεια υλοποίησης του Έξυπνου Ενεργειακού Δικτύου. Η ανάπτυξη των δικτύων 5ης γενιάς (5G) οριοθετούν ένα δίκτυο το οποίο θα είναι «έξυπνο». Το στοιχείο εκείνο που διαχωρίζει το παρόν ενεργειακό δίκτυο από το έξυπνο ενεργειακό δίκτυο είναι η αμφίδρομη λειτουργία του τόσο σε ενεργειακό όσο και επικοινωνιακό επίπεδο. Η αμφίδρομη λειτουργία ενσωματώνει πλήρως την επικοινωνία μεταξύ των διατάξεων σε κάθε επίπεδο του δικτύου. Αυτή η διεργασία απαιτεί ένα επικοινωνιακό δίκτυο με μεγάλο αριθμό πόρων ως προς την δυνατότητα μετάδοσης των δεδομένων και κατ’ επέκταση των εντολών ελέγχου του δικτύου. Οι παρούσες επικοινωνιακές αρχιτεκτονικές αποτελούν μία σημαντική λύση αλλά παρόλα αυτά υπάρχουν αρκετά ζητήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν όπως το γεγονός ότι το ενεργειακό δίκτυο έχει γραμμική αρχιτεκτονική. Ιδιαίτερα στο τμήμα του δικτύου που έχει να κάνει με την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας αντιμετωπίζονται τα περισσότερα ζητήματα. Το επικοινωνιακό μοντέλο βασίζεται στις ψηφιακές επικοινωνίες και συγκεκριμένα στην τεχνική διαμόρφωσης του OFDM το οποίο ήδη συναντάται στις υπάρχουσες δικτυακές υλοποιήσεις του έξυπνου ενεργειακού δικτύου διαμέσου του PLC.Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε συνολικά σε πέντε κεφάλαια:Στο 1ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται από θεωρητικής πλευράς η αρχιτεκτονική του έξυπνου ενεργειακού δικτύου και τα αντίστοιχα επικοινωνιακά συστήματα που καλούνται να δημιουργήσουν την διασύνδεση μεταξύ των ενεργειακών διατάξεων.Στο 2ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται το θεωρητικό μοντέλο που αναπτύσσεται βάσει την επικοινωνιακών απαιτήσεων για την επικοινωνιακή υλοποίηση του δικτύου.Στο 3ο Κεφαλαίο παρουσιάζεται και αναπτύσσεται η υλοποίηση του επικοινωνιακού μοντέλου του ασύρματου καναλιού σε συσχετισμό με το θεωρητικό μοντέλο που έχει αναπτυχθεί στο δεύτερο κεφάλαιοΣτο 4ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τις προσομοιώσεις και γίνεται η σύγκριση τους με τα αντίστοιχα πρότυπα του έξυπνου ενεργειακού δικτύου.Στο 5ο Κεφάλαιο γίνεται μια συνολική αποτίμηση όσον αφορά τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις όπως επίσης παρουσιάζονται και μελλοντικές προοπτικές σχετικά με την υλοποίηση του έξυπνου ενεργειακού δικτύου.Για την υλοποίηση και την προσομοίωση του συστήματος χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα του LabVIEW© της National Instruments©.

This thesis investigates the implementation of communication model that serves the purpose of interconnecting energy modules of the current electrical grid in order to satisfy the need for the legacy grid to upgrade in smart grid towards the implementation of 5G networks. The element that separates the legacy grid from smart grid is the ability for bidirectional operation in energy and communication level. Regarding the communication level all energy modules are embedded in a unified network in order to obtain the ability to interact between each other. That means that the communication network must be able to offer a large number of communication abilities in order to transmit the raw data that are produced from the energy level. Current communication systems offer a sustainable solution although there is a great deal of matters that must be dealt due to the fact that the communication architecture must be applied on the energetic architecture which has linear architecture. Especially on the field of energy transmission most matters appear. The communication model is based on digital communication and more specifically in OFDM that is already applied in current network implementations for smart grid through PLC.This thesis is separated in five chapters:On Chapter 1 it is presented current architectural development of smart energy grid from theoretical point and the corresponding communication systems that they have as purpose to implement the interconnection between energy modules.On Chapter 2 it is presented the theoretical model that is created based on communication requirements for the communication implementation of the networkOn Chapter 3 it is presented and developed the communication model of the wireless channel according to the theoretical model from chapter 2.On Chapter 4 it is presented the results from the simulations. The results are compared with the standards regarding the communication level of Smart Energy Grid.On Chapter 5 it is presented an overall perspective regarding the results from simulations and also presented future perspectives regarding the implementation of Smart Energy Grid.For the implementation of the model and the simulations we used LabVIEW© of National Instruments©.