Comunicação por linha de energia – o elo mais fraco?

Não há dúvida de que as linhas de energia fazem parte da infraestrutura essencial. A engenharia de energia está agora em sua fase de desenvolvimento mais dramática. Infelizmente, o progresso das tecnologias e as decisões políticas tendem a complicar o desenvolvimento.

Depois que o plano estratégico da UE 20-20-20 for realizado, é provável que enfrentemos o paradoxo de um fornecimento confiável de energia ainda não estar garantido. Felizmente, porém, até mesmo slogans vazios, como “rede inteligente”, trazem considerações e decisões racionais para a área de estabilidade e segurança do fornecimento de energia.

A maneira de controlar os dispositivos finais, inclusive os medidores eletrônicos residenciais, é muito clara… apesar das reservas, a tecnologia PLC prevalecerá. É a única tecnologia com confiabilidade igual à da fonte de alimentação.

Esquemas Shannon de sistemas de comunicação
Esquemas Shannon de sistemas de comunicação

O esquema acima revela a estrutura do modem e do ambiente que influencia a eficiência total das informações transferidas. Um sistema de comunicação real é obviamente muito mais complicado, mas esse modelo simplificado é suficiente para identificar os principais efeitos.

Desafios do canal de transmissão

Com base nisso, fica claro que a capacidade de transmissão não depende de como desejamos que ela seja, mas sim das características do canal de transmissão. No caso da tecnologia PLC, esse canal significa linhas de energia.

A distribuição pode ser generalizada em estruturas série-paralelas com atenuação relativamente alta (devido à capacidade paralela significativa e à indutância serial). Paralelo A ordenação de locais de consumo único com conexão e desconexão altamente dinâmicas traz mudanças fortes e muito dinâmicas de impedância.

Estrutura simplificada da rede PLC
Rede de distribuição idealizada. Os elementos L1,2,3 e S1,2,3 têm caráter de linhas e podem ser descritos por esquemas sobressalentes – veja a Fig. 3

Os elementos ZG (impedância da fonte), ZL e Z1,2,3 (impedância da carga) descrevem tanto a fonte quanto a parte do aparelho da rede de energia (as características de impedância definem que os elementos têm dependência de frequência).

Infelizmente, sempre há o consumo do cliente no final. Os clientes podem, por meio de seu comportamento, influenciar a rede de distribuição e, portanto, o canal de comunicação.

Circuito de ligação equivalente
As características esquemáticas sobressalentes destacam o valor real das linhas de energia que são dependentes da frequência. Essa capacidade de admissão transversal leva a uma alta atenuação de ruído em frequências mais altas. (Esse é um dos motivos pelos quais a comunicação BPL tem um alcance limitado).

Como lidar com o elo fraco na comunicação?

O canal de comunicação é sempre o elo mais fraco da cadeia de transmissão. Parece que, com base nas fragilidades desse canal (perturbação, mudança dinâmica de topologia), seria mais conveniente abandonar esse canal. No entanto, é exatamente o contrário que acontece.

O motivo são as características exclusivas do PLC, como a habilitação da fonte de alimentação e a disponibilidade imediata do canal de comunicação. Basta aceitar as características desse canal e não adicionar expectativas em relação a taxas de comunicação irrealistas.

Quais são as limitações dos padrões atuais?

Os novos padrões de “interoperabilidade” (ou seja, PRIME ou G3-PLC) mostram “como não seguir em frente”. O uso desses modernos sistemas OFDM (PRIME, G3-PLC), que alcançam alta capacidade de transmissão em outros canais de transmissão no ambiente de linha de energia, significa que estamos plantando as sementes de um problema sério.

Além disso, se adicionarmos protocolos de transmissão ineficazes (DLMS) e reduzirmos a capacidade de processamento para permitir uma solução de baixo custo, alcançaremos resultados satisfatórios apenas no papel, não em campo. Não podemos aumentar a potência emitida devido à legislação. O aumento da faixa de frequência também não pode ser considerado.

Há dois motivos para isso:

  1. estamos limitados pela frequência atribuída, e
  2. as características do canal em frequências mais altas não permitem fisicamente um alcance maior (não mais do que algumas centenas de metros).

Também é necessário levar em conta as solicitações no estágio de saída. O estágio de saída e o método de modulação devem ser projetados de forma que alterações significativas na impedância não influenciem a estabilidade desse estágio.

Rumo a soluções de CLP confiáveis e eficientes

Por isso, esse estágio precisa ter baixa impedância interna, o que é uma exigência pouco aplicada ao OFDM, que precisa de um amplificador de saída linear para eliminar a distorção e, ao mesmo tempo, a interrupção da ortogonalidade das subportadoras. O circuito de entrada do modem receptor deve ser capaz de alterar sua amplificação de forma muito dinâmica, a fim de não manter o nível do sinal processado.

Atualmente, há duas opções possíveis. A primeira já está sendo usada em projetos realizados. Ela pressupõe uma redução significativa no volume de dados transferidos. Essas soluções proprietárias não precisam transmitir informações de lastro. Assim, elas alcançam alta confiabilidade durante a transmissão de dados e, além disso, também têm preços competitivos.

O segundo cenário leva em conta as solicitações predominantes de transmissão de volumes maiores de informações reais. Nesse caso, é necessário aumentar significativamente a complexidade das partes do modem de transmissão e de recepção.

O caminho a seguir para o desenvolvimento do PLC

A crescente integração de elementos dos chipsets de silício pode ajudar. Ela permite a implementação do código turbo (para renovação de informações transmitidas) e o uso eficiente da abordagem de decisão suave (decisão por palavras de código).

Se esses métodos forem expandidos, juntamente com uma forma adequada de modulação, encontraremos a única maneira de o desenvolvimento da comunicação PLC progredir. Isso garante a transmissão de um volume maior de dados e, nesse caso, nem mesmo a transmissão do protocolo DLMS poderia ser uma utopia não realizada.

Conclusão: Moldando o futuro do PLC

Estamos convencidos de que o progresso no futuro próximo continuará em um processo paralelo. Por um lado, acreditamos que haverá um protocolo público racional e interoperável e, por outro lado, progresso tecnológico no campo do desempenho de um único canal de comunicação, tudo voltado para maior robustez e conformidade com a latência definida, que é a principal exigência para o funcionamento adequado da rede inteligente.

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