Power Line Communication (PLC) for DC Microgrid systems

Conception d'une communication par courants porteurs pour un réseau de distribution électrique maillé en courant continu

• Auteur / Autrice : Thanh Kha Tran
• Direction : Hamed Yahoui, Nicolas Jacques Siauve, Nicolas Fourty, Denis Genon-Catalot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 20/02/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Maria Joao M. Martins
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamed Yahoui, Séverine Vessot, Quoc Dung Phan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Batard, Jean-Marc Thiriet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lignes électriques -- Transmission par courants porteurs

Réseaux électriques intelligents

Mots clés libres

Courants porteurs en ligne

DC Microgrid

Smart grid

Protocol Stack

Power Line Communication

DC Microgrid

Smart grid

Protocol Stack

Résumé

L'utilisation de fils électriques pour fournir des capacités de transmission de données, connues sous le nom de Courant Porteur en Ligne (CPL), a beaucoup évolué au cours des dernières années afin de pouvoir répondre à des besoins croissants de transfert de données l’impliquant la communauté scientifique, la recherche industrielle, ainsi que des organismes de réglementation et de normalisation. Les réseaux CPL offrent un certain nombre d’avantages qui en font un complément utile et un concurrent fort pour les solutions de réseau sans fil. Le principal intérêt des réseaux CPL réside sur le coût marginal de déploiement lorsqu'une infrastructure électrique câblée est déjà en place. Les réseaux CPL permettent la communication à des débits de données élevés à travers des obstacles qui dégradent généralement les signaux sans fil. Et constitue donc constitue une alternative peu coûteuse pour compléter les technologies existantes en vue d'une couverture complété d’un bâtiment ou d’un quartier. La plupart des solutions CPL étaient utilisées sur le réseau à courant alternatif (CA), mais avec l’arrivée des énergies renouvelables de nouvelles perspectives s’ouvrent avec les réseaux à courant continu (CC). Cette thèse propose une solution CPL simple et innovante pour une structure maillée micro-réseau pour la distribution et la consommation d'énergie à CC. Cette contribution fait partie du projet Composant Commande Communication des micro-grids DC (C3μ) financé par l’ANR (2016 – 2020). Ce projet propose de remplacer la distribution « classique » d’une architecture (CA) par une architecture de micro-réseau intelligent à CC permettant l’intégration de diverses sources (EnR, batterie, …) pour la distribution d’électricité dans les bâtiments. Cette thèse propose une architecture de Courant Porteur en Ligne pour les micro-réseaux à CC basée sur un nouveau modem physique sur courant porteur sur le bus CC et CAN (une norme ouverte issue de l’industrie automobile). Afin de valider l’architecture, un véritable banc de test pour micro-réseaux à CC avec PV, LED et la batterie a été mis en œuvre pour servir d’outil de test pour la communication. Les tests de transmission de données entre les nœuds de CPL ont permis d’évaluer les performances de notre pile de protocolaire par rapport aux exigences des applications de micro-réseaux CC. Les principaux résultats concernant l'applicabilité de ce concept et ses limites sont également été présentés.

The use of electrical wires to provide data transmission capabilities, known as Power Line Communication (PLC), has recently attracted considerable attention from the research community and industry, as well as from regulatory and standardization bodies. PLC networks boast several outstanding features that make them both a useful complement and a strong competitor for wireless networking solutions. The most obvious appeal of PLC networks is their low deployment cost when a wired electrical infrastructure is already in place. Besides, PLC networks allow communication through obstacles that commonly degrade wireless signals and deliver high data-rates simultaneously. PLC also provides a low-cost alternative that complements existing technologies with the aim of ubiquitous coverage. However, most PLC solutions are used on the AC grid. Until now, there are only a few studies on PLC for the DC grid, especially the DC microgrid. This thesis focuses on proposing an innovative and straightforward PLC solution for applications in DC energy distribution systems. This subject refers to a part of the C3μ project funded by the National Research Agency of France (ANR). This C3μ project investigates the possibility of using a DC smart microgrid architecture for distributing electricity in buildings instead of an AC one.This thesis has proposed a powerline communication solution for DC microgrid based on a new powerline physical modem on DC bus and CANopen (an open standard coming from the automotive industry). Moreover, a real DC microgrid testbed with PV, LED, and the battery has been implemented as a research tool for communication. The practical data transmission tests between PLC nodes have been carried out to evaluate the performance of our solution against the requirements set by the DC microgrid applications. The main results concerning the applicability of this concept and its limitations have also been presented