Title: Solutions for Automation of LV-Substations in a G3-PLC Network
Language: English
Authors: Parvin, Behzad 
Qualification level: Diploma
Keywords: Smart Grid; Power Line Communication
Advisor: Gawlik, Wolfgang 
Assisting Advisor: Wilker, Stefan  
Issue Date: 2020
Number of Pages: 67
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die bestehenden Niederspannungsnetze wurden bisher so konzipiert, dass die gesamte Energie unidirektional über die lokale Netzstation an die Verbraucher geliefert wird.Grundlage hierfür war eine angenommene Höchstlast pro Haushalt, zu der eine entsprechende Reserve hinzugefügt wurde. Aufgrund der dezentralen Erzeugung und der wachsenden Anzahl von dezentralen Erzeugungsanlagen wird das Niederspannungsnetz komplexer. Die Energieflussrichtung kann auch geändert werden, wenn beispielsweise weniger Verbraucher nach Energie fragen, aber durch mehr Sonneneinstrahlung mehr Strom von Fotovoltaikanlagen erzeugt wird. In dieser beschriebenen Situation kommt es auf die Frage an, wie wichtig es ist, die Energieeffizienz durch flexible Demand Response und Integration des Distributed Generation mithilfe zukünftiger Versorgungsnetze „Smart Grids“ zu steigern. Die Verwendung vorhandener Stromnetz in PLC (Power Line Communication) scheint eine natürliche Reaktion auf Kommunikationstechnologien für Smart Grids zu sein.Um das Smart Grids- und Smart Metering-Netzwerk in einer PLC-Umgebung zu implementieren, hat die Siemens AG Kommunikationsprotokoll AMIS-CX1 (Automated Metering and Information System- Compatibility/Consistently Extendable Transport Profile) entwickelt. Diese Technologie wurde in Österreich erfolgreich implementiert. Der Nachteil dieses Protokolls ist, dass es kein international anerkanntes Protokoll ist. Um die Implementierung von Smart Metering und Smart Grids in PLC-Netzwerken zu erfüllen, hat die G3-PLC Alliance eine Reihe von Standards für die Kommunikation in der Physical- und MAC-(Medium Access Control) -Schicht standardisiert. Derzeit wird die Smart-Metering-Kommunikation über das international anerkannte DLMS-Protokoll (Device Language Message Specification) in der Anwendungsschicht (Application Layer) hergestellt.Da es in einem G3-PLC-Netzwerk keine Smart-Grids-Lösung gibt, brachte mich die Idee, eine Smart-Metering-Lösung parallel mit Smart-Grids-Lösung mit einem international anerkannten Standard im PLC-Netzwerk zu implementieren. Die Lösung basiert auf Definieren und Einrichten eines separates Kommunikationskanals für Smart Grids-Datenpakete. Um dies zu implementieren und Smart-Grids-Zwecke zu erfüllen, wird die Smart-Grids-Kommunikation über das Modbus-TCP / IP-Protokoll (Transmission ControlProtocol / Internet Protocol) in der Anwendungsschicht (Application Layer) für die Übertragung der Daten von einem angenommenen Messpunkt zur Trafostation entwickelt.Die Testergebnisse zeigen, dass die Implementierung von Smart Metering und Smart Grids in einem PLC-Netzwerk möglich ist. Für die ordnungsgemäße und zuverlässige Kommunikation,insbesondere in der nicht störfeien Umgebung von PLC-Netzwerken, gibt es jedoch erhebliche Hindernisse beim G3-PLC-Protokoll.

The existing low-voltage networks have so far been designed in such a way that all energy is supplied unidirectionally to the consumers via the local network station. The basis of this was an assumed maximum load per household, to which a corresponding reserve was added. Due to the distributed generation and growing number of decentralized generation plants, the low voltage network becomes more complex. The Energy-flow direction can also be changed, when for example less consumers ask for energy, but through more solar radiation, more electricity produced by Photovoltaic plants. In this described situation, the importance of increasing energy efficiency through flexible demand response and integration of distributed generation power plants with the help of future supply networks: “Smart Grids” comes to the question. The use of existing power cables in PLC (Power Line Communication) seems to be a natural response to communication technologies for smart grids. To implement the smart grids and smart metering network in PLC environment, Siemens AG developed a communication protocol called AMIS-CX1 (Automated Metering and Information System- Compatibility/Consistently Extendable Transport Profile). This technology implemented successfully in Austria. The disadvantage for this protocol is that it is not an internationally recognized protocol. To fulfill the implementation of smart metering and smart grids in PLC networks, G3-PLC Alliance published series of standards for communication in physical and MAC (Medium Access Control) layer. Currently smart metering communication is established through internationally recognized DLMS (Device Language Message Specification) protocol in the application layer. As there are no smart grids solution in a G3-PLC network, the idea of implementing a smart metering solution in parallel to smart grids network with an internationally recognized standard, in the PLC network, brought me to a solution to define and establish a separate communication channel for smart grids data packets. To implement this and to fulfill smart grids purposes, smart grids communication is designed through Modbus TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) protocol in the application layer for transferring the data from an assumed measuring point to MV/LV Substation. The test results show implementation of smart metering and smart grids in a PLC network is possible. But for the proper and reliable communication, in specially the noisy and hostile environment of PLC networks, there are significant barriers in the design of G3-PLC protocol.
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2020.72224
http://hdl.handle.net/20.500.12708/16162
DOI: 10.34726/hss.2020.72224
Library ID: AC16071754
Organisation: E370 - Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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