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Gestão Energia Elétrica Pelo Lado da
Demanda Empregando Tecnologias GPRS e
PLC
CELESC / W2B / CEFET-SC
Reginaldo Steinbach
Parcerias
• Wireless to Business – W2B LTDA– Fornece soluções de redes Lan’s e Wan’s, através de
tecnologia “wireless” e fibra ótica, no mercadocorporativo;
– Desenvolve novas soluções em telemetria e gerenciamento remoto no segmento de energia, águae gás.
• Núcleo de Engenharia de Redes e SistemasDistribuídos / CEFET-SC– Grupo de pesquisa multidisciplinar tendo como foco
de atuação o desenvolvimento de pesquisa científica e tecnológica no âmbito de redes de computadores e sistemas distribuídos
Objetivos
• Desenvolvimento de um protótipo de interface de comunicação PLC de banda estreita para ser conectado aos medidores de energia a serem gerenciados;
• Desenvolvimento de um protocolo de comunicações para transmitir os dados de consumo final (potencia ativa, reativa, tensão e corrente RMS instantâneas) baseado na norma ABNT NBR 14522;
• Desenvolvimento de um protótipo de gateway de comunicações entre a rede PLC e uma rede WAN (usando tecnologia GPRS, Ethernet ou WiFi);
• Desenvolvimento de um protótipo de ferramenta de gerenciamento das medições via Web, empregando tecnologia de Web Services.
Projeto GLDinfra
Componentes do Sistema - Web Service
• Web Service implementado em plataforma .NET compatível.
• Web Services são serviços disponíveis através da internet independente de plataforma.
• É composto do seguintes protocolos:– SOAP – http binding (GET,
POST, ...) Responsável pela comunicação
– WSDL (Linguagem de descrição) Descrição da interação com o WS
Gateway de comunicações (1)
• Sistema microcontrolado com sistema operacional
RTOS embarcado com suporte completo a pilha
TCP/IP;
• Dispõe de interface de comunicações ethernet, WiFi
e GPRS para transmissão de dados de demanda via
Internet para centro de operações;
• Dispõe de interface PLC trifásica para coleta de
dados de consumo de energia enviado pela rede
PLC;
• Firmware implementado em linguagem C.
Gateway de comunicações (2)
Componentes do Sistema - PLC de Banda Estreita
• Emprego de modem PLC de banda
estreita (BE) para transmissão de
dados de demanda;
• Emprego de módulo de comunicação
PLC baseado em circuitos integrados
“SoC”
• Utilização de protocolos de
comunicação padronizados e simples
Interface de comunicação PLC (2)
• Arquitetura
Ferramenta Web – Energia Ativa
Avaliação de Desempenho da rede PLC (1)
• Parâmetros medidos:
– Vazão em camada de aplicação;
– Atraso de reconhecimento fim-a-fim.
• Cenários de ensaio;
– Cinco configurações diferentes de ruido: de 0,1%
de distorção harmônica total (THD) até 5.4% de
THD, com componêntes de frequência de até 50
harmônica;
– Três lances de cabo: 50, 100 e 200 m.
– Três modos de modulação suportados pelo
modem PLC : standart mode (SM), robust mode
(RM) e extreme robust mode (ERM).
Avaliação de Desempenho da rede PLC (2)
Vazão da rede PLC - Lance de 200 m - Modulação padrão
2000,0
2200,0
2400,0
2600,0
2800,0
3000,0
0 100 200 300 400 500 600
Tamanho do pacote em bytes
Vaz
ão e
m b
its/
s TEK1
TEK2
TEK3
TEK4
TEK5
• Gráficos de vazão 200 m SM – Pior caso
Avaliação de Desempenho da rede PLC (3)
Atras o de rec onhec imento - L anc e de 200 m - Modulaç ão
padrão - P ior c as o
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
1400,0
1600,0
1800,0
0 100 200 300 400 500 600
T a ma nho do pa c ote em bytes
Atr
as
o e
m u
s
TE K 1
TE K 2
TE K 3
TE K 4
TE K 5
• Gráficos de atraso
Formas de onda de teste – TEK5 – Pior caso
THD > 5.4 %
Componentes
de até 50
harmônica!
Avaliação de Desempenho da rede PLC (4)
• Considerações
– O modem PLC se comportou adequadamente para o tipo de
aplicação proposta.
– A vazão para um pacote de dados de 300 bytes é maior que 1800
bits/s para o pior caso: modulação extremamente robusta, com pior
qualidade da rede elétrica (TEK5) e com maior lance de cabo (200
metros).
– A vazão requerida pela aplicação é inferior a 200 bits/s;
– A maior distância entre o medidor residencial e o transformador é de
175 metros (CELESC/DVOD);
– Mesmo com modulação padrão (mais simples), que proporciona
maior vazão, o atraso de transmissão médio é o mesmo da modulação
robusta, o que indica que a mesma poderia ser empregada sem
aumento significativo da perda de pacotes.
– O modem pode ser empregado para outras aplicações mais robustas
de telecomando, onde as mensagens podem ser maiores.
Concluões (1)
• O Modem PLC BE selecionado demonstrou ótimo desempenho mesmo
em lances grandes de cabo sobre interferência de ruídos superiores aos
encontrados na rede elétrica brasileira;
• A integração do sistema de comunicação, empregando tecnolgias
híbridas, PLC, ethernet, WiFi e GPRS, proporciona uma boa
interoperabilidade, facilitando a adoção de soluções de múltiplos
fabricantes;
• A adoção da norma NBR 14522 como protocolo de comunicação facilita
a integração com medidores de energia homologados pela
concessionária;
• O medidor eletrônico protótipo, ainda precisa ser aprimorado e
submetido a ensaios previstos na norma NBR 14519. As medições de
energia reativa apresentam erros de computação;
