Διερεύνηση των χαρακτηριστικών των δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας

Abstract

The scope of this doctorate dissertation is the study of the characteristics of residential power distribution networks for power line communications. At first a theoretical methodology is presented for the calculation of the electrical parameters of two-conductor circuits versus frequency. Moreover, specific problems which make some of the calculations theoretically impossible are denoted. In addition, calculations based on the Finite Element Method are conducted for the extraction of the series impedances of cable types commonly used in residential power distribution circuits. Both the cables’ third conductor and the presence of the earth are taken into account. Next, a simple model is proposed for the cables of residential power distribution circuits based on the above calculations, as well as on the topology of the circuits. The proposed model is evaluated through measurements conducted in real cable configurations with a network analyzer. Finally, a novel method is proposed for the determination of the topology of residential power line circuits, based on the usage of appropriate neural networks. The theoretical background of the method is analyzed, and applications based on it are presented.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά στη διερεύνηση των χαρακτηριστικών των οικιακών δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, κατά τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Αρχικά αναπτύσσεται μια θεωρητική μεθοδολογία όσον αφορά στον υπολογισμό των ηλεκτρικών παραμέτρων κυκλωμάτων δύο αγωγών συναρτήσει της συχνότητας. Παράλληλα εντοπίζονται τα προβλήματα που καθιστούν αδύνατους τους θεωρητικούς υπολογισμούς σε κάποιες περιπτώσεις. Επίσης, χρησιμοποιείται η Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων για να εξαχθούν οι ηλεκτρικές παράμετροι σειράς καλωδίων οικιακών κυκλωμάτων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Κατά τους υπολογισμούς εξάγονται συμπεράσματα για την επίδραση του τρίτου αγωγού των καλωδίων αυτών, όπως επίσης και για την επίδραση της γης. Στη συνέχεια προτείνεται μια απλή μέθοδος μοντελοποίησης των καλωδίων οικιακών κυκλωμάτων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία βασίζεται στους προηγούμενους θεωρητικούς υπολογισμούς, καθώς και στην τοπολογία των κυκλωμάτων. Η ισχύς του μοντέλου αυτού εξακριβώνεται μέσω μετρήσεων διατάξεων καλωδίων με τη βοήθεια δικτυακού αναλυτή. Τέλος προτείνεται μια πρωτότυπη μέθοδος καθορισμού της τοπολογίας οικιακών κυκλωμάτων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, βασισμένη στη χρήση κατάλληλων νευρωνικών δικτύων. Αναπτύσσεται θεωρητικά η μέθοδος, και παρουσιάζονται παραδείγματα εφαρμογής της.