Analýza a optimalizace PLC/BPL datových systémů pro energetiku

Abstract

Disertační práce se zabývá inovativním využitím technologie širokopásmové komunikace po silnoproudém vedení, známé jako Broadband over Power Line (BPL), pro diagnostiku technického stavu kabelových vedení na hladině vysokého napětí (VN). Cílem práce je prokázat, že tato technologie, primárně určená pro přenos dat, může plnit i sekundární funkci senzoru pro on-line monitorování a včasnou detekci degradačních procesů v~distribuční síti. Práce představuje novou diagnostickou metodu Condition Diagnostics over Broadband Power Line (ConDi-BPL), která integruje fyzikální a topologické parametry kabelové trasy, získané z geografického informačního systému (GIS), s reálně naměřenými komunikačními daty. Výstupem metody je jednotný koeficient technického stavu, který kvantifikuje míru degradace a umožňuje provozovatelům sítí efektivně prioritizovat údržbu. Aplikovatelnost a funkčnost metody je demonstrována na případové studii reálných tras z distribuční sítě. Klíčovou experimentální částí práce je validace schopnosti BPL technologie detekovat částečné výboje, jež jsou raným indikátorem poruch izolace. V rámci kontrolovaných laboratorních měření bylo jednoznačně prokázáno, že přítomnost uměle generovaných částečných výbojů, i o nízké intenzitě 50\,pC, způsobuje statisticky významný a opakovatelný pokles propustnosti protokolu Transmission Control Protocol (TCP). Výsledky této práce potvrzují, že technologie BPL představuje nízkonákladový a efektivní nástroj pro přechod od reaktivní k proaktivní, daty řízené údržbě. Přispívá tak ke zvýšení spolehlivosti distribučních sítí a rozvoji konceptu inteligentních sítí.

This thesis explores the innovative use of broadband communication technology over power lines, known as Broadband over Power Line (BPL), for diagnosing the technical condition of Medium Voltage (MV) cable lines. The aim of the work is to demonstrate that this technology, primarily intended for data transmission, can also fulfill a secondary function as a sensor for on-line monitoring and the early detection of degradation processes in the distribution grid. The thesis introduces a new diagnostic method, Condition Diagnostics over Broadband Power Line (ConDi-BPL), which integrates physical and topological parameters of the cable route, obtained from a Geographic Information System (GIS), with real-world measured communication data. The output of the method is a unified technical condition coefficient that quantifies the degree of degradation and enables grid operators to effectively prioritize maintenance. The applicability and functionality of the method are demonstrated in a case study of real routes from a distribution grid. A key experimental part of the thesis is the validation of BPL technology's ability to detect partial discharges, which are an early indicator of insulation failures. Through controlled laboratory measurements, it was unequivocally demonstrated that the presence of artificially generated partial discharges, even at a low intensity of 50 pC, causes a~statistically significant and repeatable decrease in Transmission Control Protocol (TCP) throughput. The results of this work confirm that BPL technology represents a low-cost and effective tool for the transition from reactive to proactive, data-driven maintenance. It thus contributes to enhancing the reliability of distribution grids and to the development of the smart grid concept.