Simulation of powerline communication technologies in SmartGrid scenarios with OMNeT++

Diese Dissertation befasst sich mit der Implementierung von Powerline-Modulen für, sowie der simulatorischen Eignungsprüfung und dem Vergleich von gängigen Powerline-Kommunikationstechnologien/Realisierungen (Schmalband & Breitband, Access & InHouse) in einem SmartGrid-Umfeld. Diese Arbeit ist in das EEnergy-Projekt „E-DeMa“ eingebettet. Die Grundlage der Simulation ist hierbei das Programm OMNeT++ mit dem INET-Framework das auf einer Eclipse-C++ Umgebung fußt. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Implementierung von PLC-Modulen („Power Line Communication“) für das INET-Framework, welches bereits zahlreiche Technologien, z.B. Ethernet, als fertige Module verfügbar hat – aber eben noch nicht Powerline. Derartige Module sind für dieses Framework noch in keiner Weise verfügbar, und das Interesse bei Präsentationen, sowie Anfragen im Nachgang von Veröffentlichungen (siehe Anhang) haben gezeigt, das auch externes Interesse besteht, solche Module zur Verfügung zu haben. Abgegrenzt werden muss diese Implementierung allerdings von den zahlreichen Simulationen, die es bereits für den physikalischen Layer von PLC gibt, z.B. auch mit Hilfe/Unterstützung von digitalen Signalprozessoren. Die Komplexität dieses Layers und seine Besonderheiten schränken die Simulationsgröße zwingend auf wenige Teilnehmer ein. Will man ein SmartGrid (oder auch nur einen Teil davon, z.B. einen Straßenzug) als Ganzes simulieren/betrachten, müssen bestimmte Vereinfachungen getätigt werden, und der Fokus wandert vom physikalischen Layer zu höheren Schichten wie Medienzugriff, Vermittlung und Transport. Der physikalische Layer wird hier nur noch durch statistische Prozesse abgebildet, um die Komplexität im Rahmen zu halten. Dieser (Implementierungs-)Teil ist dabei nicht nur eine Beschreibung der durchgeführten Arbeit, sondern zeigt auch, wie zukünftige oder experimentelle Technologien von Dritten durch Änderungen der Konfigurationsdateien nachgeahmt, und dann auch einfach und schnell simuliert werden können – denn die Module sind so aufgebaut, das sie aus grundlegenden Blöcken bestehen, und nach einem Baukastensystem beliebig zusammengesteckt werden können. Das Ziel der Anstrengungen sind zum einen die Verfügbarkeit einer PLC-Simulationsumgebung für (verhältnismäßig) kleine Netzwerke (etwa Haus oder Straßenzug) und zum Anderen die Bestimmung von mittleren Latenzen, die in diesen Netzen auftreten. Diese, mit Hilfe der vorher implementierten Module ermittelten, Laufzeiten fließen anschließend in ein stark vereinfachtes Kanalmodell ein, welches das Verhalten von PLC in sehr großen Netzwerken simulieren kann. Die detaillierte Simulation arbeitet für diese große Simulation quasi als Vorsimulation. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit den auf den Implementierungen basierenden Simulationen. Hierfür werden zum Einen für einen Vergleich die implementierten Module an reale verfügbare Produkte angenähert, und zum Anderen, durch Variation der Modem-Eigenschaften, simuliert, wie sich bestimmte Faktoren, z.B. mittlere Datenrate oder das verwendete Kanalzugriffsschema, auf Laufzeiten und Kanalzugriffsverzögerungen sich in typischen SmartGrid-Szenarien überhaupt auswirken. Um dies mit einem vertretbaren Aufwand hinzubekommen, bestehen die Modem-Module, wie schon angedeutet aus Grundelementen, z.B. einem CSMA- und/oder TDMA-Modul, das mit anderen Eigenschaften/Modulen so kombiniert wird, dass das Verhalten eines konkreten, am Markt verfügbaren, Gerätes möglichst exakt nachgebildet werden kann. Im letzten Abschnitt dieser Arbeit wird mit der Untersuchung von „Viele inkompatible Systeme auf einem Medium“-Szenarien und der Untersuchung von MIMO-PLC neben den interessanten Ergebnissen auch gezeigt, wie vielfältig man die PLC-Module eigentlich einsetzen kann.This doctoral thesis deals with the implementation of PLC (narrowband and broadband, inhouse and access) technologies in OMNeT++ with focus on Smart Grid scenarios

Aktuelle Entwicklung der nationalen und internationalen EMV-Normung von Elektrofahrzeugen und deren Ladeinfrastruktur

Elektro- und Hybridfahrzeuge, in Verbindung mit der Einspeisung durch regenerative Energiequellen, werden aufgrund der zu erwartenden steigenden Energiekosten, bei gleichzeitigem Zwang zur Verringerung der CO2-Emissionen, zukünftig zwangsläufig einen höheren Stellenwert einnehmen [Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Leitstudie 2008. Weiterentwicklung der "Ausbaustrategie Erneuerbare Energien" vor dem Hintergrund der aktuellen Klimaschutzziele Deutschlands und Europas, Berlin, Oktober 2008]. So zeigte die Internationale Automobilausstellung 2013 in Frankfurt eine Vielzahl an ausgereiften Hybrid- und Elektrofahrzeugen, die fast ausnahmslos noch in 2013 in den Markt gebracht werden sollen. Für einen nachhaltigen Erfolg der Elektromobilität ist es allerdings absolut erforderlich, neben marktfähigen Fahrzeugen eine funktional sichere Ladeinfrastruktur anzubieten. Damit sind die Sicherheits- und Funktionalitätsanforderungen an alle Produkte der Elektromobilität extrem hoch. Folglich sind die Interoperabilität von Ladeinfrastruktur und Fahrzeug, sowie das Zusammenspiel beider Systeme unter allen möglichen Umweltbedingungen und Parameterstreuungen wesentlich. Zu den Umweltbedingungen zählen neben den klimatischen und mechanischen Einflüssen auch die elektromagnetischen Einflüsse, wie z.B. Radiosender, Mobiltelefone und die Störungen, die von den beteiligten Systemen selbst ausgehen, bzw. deren Empfindlichkeit untereinander [Adolf J. Schwab, Wolfgang Kürner:, Elektromagnetische Verträglichkeit, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007]. Im Folgenden werden einige als kritisch zu betrachtende Aspekte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV), getrennt nach den Besonderheiten der speziellen Ladeverfahren und damit ihrer Schnittstelle zum Energieversorgungsnetz dargestellt. Des Weiteren wird ein Einblick in die aktuelle Normungssituation bezüglich der EMV-Anforderungen an Elektrofahrzeuge (Hybrid, PHEV, EV) und Ladeinfrastruktur auf internationaler Ebene gegeben, die nicht unerheblichen Einfluss auf eine schnelle und vor allem für die Hersteller zukunftssichere Entwicklung haben

Tatsächlicher Einfluß von Nahfeld-Effekten auf Störfestigkeitsprüfungen nach ISO 11452-2

Die Durchführung von Störfestigkeitsprüfungen in den Radarbändern 1,2-1,4 GHz und 2,7-3,1 GHz nach ISO 11452-2 [1] verlangt in den typischen Werksnormen Pegel bis zu 600 V/m, siehe z.B. Ford EMC-CS-2009 [2], Volvo REQ-043878-2 [3], General Motors GMW 3097 [4] oder Jaguar Land Rover JLR-EMC-CS v1.0 [5]. Mit der Standardentfernung von 100 cm zwischen Antenne und Referenzpunkt benötigt man typischerweise ein Minimum von ca. 400 W HF-Verstärkerleistung und eine spezialisierte, schmalbandige Antenne mit hohem Gewinn. Eine Verkürzung dieses Abstandes zur Reduzierung der erforderlichen Verstärkerleistung bringt die Sorge um mögliche Nahfeldeffekte mit sich, die zu einer Prüfung mit Nicht-TEM-Wellen führen könnten, was nicht im Sinne der Basisnorm sein kann. Dieser Artikel zeigt eine Möglichkeit der Validierung und Berechnung des Schweregrades dieser Nahfeldeffekte anhand eines Beispiels mit nicht optimaler Hornantenne (20 cm kurze Kantenlänge) und einem 200 W Verstärker, bei dem die Verkürzung des Abstandes nicht zu einer signifikanten Erhöhung der Nahfeldeffekte führt