ESTUDO DE PERFORMANCE E GERENCIAMENTO DE RECURSOS NA REDE PLC (POWER LINE COMMUNICATION) EM AMBIENTE SMART GRID COM COMPUTADORES DE BAIXO CUSTO

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1 ESTUDO DE PERFORMANCE E GERENCIAMENTO DE RECURSOS NA REDE PLC (POWER LINE COMMUNICATION) EM AMBIENTE SMART GRID COM COMPUTADORES DE BAIXO CUSTO Lucas Pedroso do Bomdespacho Aluno do IFMT, Campus Cuiabá, bolsista PIBIC/CNPq Valtemir Emerêncio do Nascimento Doutor.º do IFMT, Campus Cuiabá, orientador Ruy de Oliveira Doutor.º do IFMT, Campus Cuiabá, orientador Resumo Com o PLC (Power Line Communication) é possível transmitir dados através da rede elétrica, utilizando o cabeamento já existente. Diante disso, o objetivo deste trabalho é o aproveitamento dessa vantagem, com o propósito da montagem de uma rede inteligente, Smart Grid. Além da avaliação de desempenho dos tráfegos de dados e acionamentos de um sistema de iluminação ligados à rede. Através do software livre Wireshark, a rede PLC é monitorada, para a análise de pacotes de dados, dentre os quais destacam-se os protocolos TCP e UDP. O sistema de iluminação ligado à rede PLC pode ser acionado via Web Server. Palavras-Chave: PLC; Medidor Inteligente; Smart Grid. Introdução Após o processo de geração de energia nas usinas, o nível de tensão é elevado, que atinge a chamada alta tensão, normalmente entre 69 e 750 KV, então são enviados pelas linhas de transmissão, até os centros consumidores, onde possuem um nível médio de tensão, 13 KV. O sinal é então, direcionado aos transformadores, onde atingem a baixa tensão, 127/220 V, chegando as residências. Este processo visa a distribuição eficiente da energia elétrica, porém para atender uma residência os fios sofrem muitas derivações, formando um emaranhado de fios. Fundamentação Teórica A rede PLC, aproveita o cabeamento da rede elétrica para transmissão de dados. Isso se dá devido a modulação de sinais de comunicação sobre a rede elétrica. Como a frequência do sinal elétrico está na faixa de 50 a 60 Hz e o PLC na faixa de 1 a 30 MHz, ambos podem existir no mesmo canal sem que ocorra perdas de informações. (FERREIRA, 2005). As Smart Grids são redes inteligentes de transmissão de energia, agregando a coordenação de geração e consumo de energia. O medidor inteligente é um dos principais componentes da Smart Grid, pois faz medições em tempo real, gerenciando a geração e o consumo de energia, e fazendo a

2 interligação da energia produzida com a energia recebida pela rede (FALCÃO, 2009). Este projeto visa a utilização da rede PLC, em conjunto com a rede elétrica, com o propósito de montagem de uma rede inteligente, propiciando a utilização do mesmo meio de comunicação evitando assim um novo emaranhado de fios. Além da avaliação de desempenho dos tráfegos de dados, no que tange a utilização de equipamentos que geram ruídos na rede, dentre eles se destacam ventilador, liquidificador e batedeira, interferindo nos sinais de transmissão de dados. Adicionalmente, foi realizado o acionamento do sistema de iluminação que faz uso da comunicação PLC ligada a um Web Server. Metodologia Primeiramente foi instalado um medidor de energia digital, e montada uma mini rede elétrica inteligente, como mostrado na figura 1, onde monitorou-se seu funcionamento, através dos dados enviados para um computador, dentre eles as tensões, correntes e consumos gerados. A utilização de computadores de baixos custos, denominados Raspberry Pi, substituirá os computadores. Figura 1. Mini rede elétrica. Posteriormente, foi agregado a rede PLC, como mostrado na figura 2, permitindo a transmissão de dados diretamente no canal de distribuição elétrica. Feito isso monitorou-se sua taxa de transmissão de pacotes, dentre os quais se destacam TCP e UDP, através do software livre Wireshark, e comparou-se os resultados ao utilizar eletrodomésticos ligados a rede elétrica. Utilizou-se nos testes dois televisores, uma máquina de lavar, uma geladeira, um ventilador, um liquidificador e uma batedeira.

3 Figura 2. Rede PLC integrada a rede elétrica. Por fim foi integrado um sistema de iluminação automatizada, onde por meio da rede PLC são transmitidas informações para acionamento e desligamento de lâmpadas, fazendo-se uso de um Web Server. O sistema mencionado é mostrado na figura 3. Figura 3. Sistema de iluminação integrada a rede. Resultados e Discussões Os testes foram realizados com a utilização de uma internet banda larga de 30 MB/s, sendo 3,75 MB/s a velocidade máxima para downloads. As análises realizadas são mostradas na tabela 1. Os testes foram realizados, respetivamente nos mesmos dias, repetindo-se por 3 três dias consecutivos, onde primeiramente foi realizado o teste com a rede cabeada sem o PLC, para garantir que a velocidade contratada fora entregue. Tabela 1. Testes realizados. Tamanho do arquivo Taxa de transmissão Taxa de transmissão Eletrodomésticos ligados sem PLC com PLC 274, 95 MB 3,3 MB/s 2,7 MB/s 2 televisores 67, 77 MB 3,2 MB/s 0,9 MB/s 2 televisões 1 liquidificador 820, 82 MB 3,0 MB/s 5 KB/s 2 televisões

4 1 liquidificador 1 batedeira 216, 86 MB 3,2 MB/s 1,85 MB/s 2 televisões 1 ventilador Na primeira medição foram ligadas a rede dois televisores, uma máquina de lavar roupas, e uma geladeira. A taxa de transmissão utilizando a rede PLC atingiu 81,81% do valor esperado, mostrando a eficiência da rede, no uso diário, com os principais eletrodomésticos sendo utilizados. Na segunda medição, foi incluído um liquidificador, além dos dois televisores, uma máquina de lavar e uma geladeira. Onde taxa de transmissão com o PLC obteve 28,12% do valor esperado. Na terceira medição, inclui-se uma batedeira, além dos dois televisores, uma máquina de lavar, uma geladeira, e um liquidificador. A taxa de transmissão média foi de 0,5 KB/s, ou seja 0,166% do valor esperado. Em vários momentos a transmissão foi interrompida. Ao desligar o liquidificador e a batedeira a taxa de transmissão alcançou 2,3 MB/s, 76,66% do valor esperado. Na quarta medição, removeu-se o liquidificador e a batedeira e, inclui-se um ventilador, além dos dois televisores, uma máquina de lavar, e uma geladeira. A taxa de transmissão foi de 57,81% do valor esperado. Considerações Finais Fica comprovado que a rede PLC pode ser uma alternativa para a comunicação de dados residencial no uso diário, pois proporciona economia, visto a quantidade de fios necessários para a conexão cabeada padrão, além de não depender da estrutura física do ambiente, pois toda tomada torna-se um ponto de acesso à rede. Entretanto, em momentos esporádicos o desempenho fora comprometido por determinados eletrodomésticos que geram ruídos na rede elétrica influenciando na velocidade de transmissão de dados, mas que não tange a perda de informações, de acordo com o protocolo TCP. Referências BOLSONI, E.P.; CARDOSO, C.; SOUZA, C.H.M; Computação Ubíqua, Cloud Computing e PLC para Continuidade Comunicacional diante de Desastres. In: Seminário Internacional de Defesa Civil DEFEENCIL, 5, 2009, São Paulo; CASSEL, Rafael Gustavo Pavan. Comunicação Cliente/Servidor com Equipamento Powerline Communication. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso - IFMT; 2014, 31p.

5 FALCÃO, D.M. Smart Grids e Microrredes: o futuro já é presente. Simpósio de automação de Sistemas Elétricos.8,2009 FERREIRA, M.V.A. PLC - Power Line Communication, Niterói-RJ, POMILIO, J.A. Princípios e Conceitos de Redes Elétricas Inteligentes Disponível em Último acesso em 15 de agosto de SAAD, W. et al. Game-theoretic methods for the smart grid: An overview of microgrid systems, demand-side management, and smart grid communications. Signal Processing Magazine, IEEE, v. 29, n. 5, p , Disponível em Último acesso em 16 de agosto de 2015 SANTOS, T. L. (2008). Powerline Communications. Disponível em: Último acesso em 16 de agosto de TAVOLONI JUNIOR, Paulo Roberto. Metodologia de baixo custo para mineração de dados smart grid utilizando redes de sensores zigbee. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso - IFMT; 2014, 48p. VIJAYAPRYA, T., KOTHARI, D.P.. Smart grid: an overview. In:Smart Grid and Renewable Energy, v. 2011, 2011, p ZHANG, Q.; SUN, Y.; CUI, Z. Application and analysis of ZigBee technology for Smart Grid. In: Computer and Information Application (ICCIA), 2010 International Conference on. IEEE, p