Infokommunikáció az intelligens villamos energia (Smart Grid) hálózatokban

A tantárgy angol neve: Smart Grid Communication Networks

Adatlap utolsó módosítása: 2012. november 8.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak

Szabadon választható tárgy 

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMAV13   4/0/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Cinkler Tibor, Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
4. A tantárgy előadója
 Név: Beosztás: Tanszék, Intézet:
 Mitcsenkov Attila
 tanársegéd BME TMIT
 Paksy Géza
 tud. munkatárs
 BME TMIT
 Dr. Cinkler Tibor
 egy. docens BME TMIT
 Dr. Fehér Gábor
 egy. docens BME TMIT
 Dr. Dán András
 egy. tanár
 BME VET
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Alap mérnöki ismeretek és távközlő-hálózati alapok.

6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:

Villamosmérnök szakon: Infokommunikáció (VITMA301)

Mérnök informatikus szakon: Távközlő hálózatok és szolgáltatások (VITMA310)

7. A tantárgy célkitűzése

 Az intelligens villamosenergia-rendszerek (Smart Grid hálózatok) az infokommunikáció következő nagy alkalmazási területét jelentik. A korszerű energetikai hálózatok vezérlése és üzemeltetése, a meg­újuló energiaforrások integrációja, az automatizált mérés, és a nagyfokú automatizálás révén az el­látás biztonsága és hatékonysága növekszik. Ennek megvalósítása új kommunikációs és informatikai fel­a­datokat vet fel, és a speciális alkalmazás új követelményeket támaszt.

A tárgy célja ezen kihívások, és az ezek megoldására alkalmas technikák bemutatása. A Smart Grid há­ló­zati kommunikációval szembeni követelmények, valamint az alkalmazási környezet (villamos ener­gia hálózatok) rövid áttekintése után a tárgy részletesen is tárgyalja a Smart Grid hálózatokban al­kal­mazott kommunikációs technikákat, a hálózatok felépítését és szervezését, a biztonsági kér­dé­se­ket, a félévet pedig a fontosabb alkalmazási lehetőségek és esettanulmányok bemutatása zárja.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. hét
•    Az infokommunikáció szerepe a SmartGrid hálózatokban: motiváció, alkalmazási területek,az ebből következőhálózati követelmények (biztonság, megbízhatóság, minőségi és átviteli követelmények, stb.), nemzeti és nemzetközi irányelvek
2. hét
•    Smart Grid hálózatok alapjai, a villamosenergia hálózatok rövid áttekintése:
o   felépítés, főbb szereplői (termelés, fogyasztás, tárolás, átvitel)
o   elosztott termelés és megújuló energia integrációjának vezérlési feladatai
o   védelem és szolgáltatás-biztonság, felügyeleti feladatok
o   terhelés-becslés és fogyasztói befolyásolás, csúcsterhelés kiegyenlítése

3. hét

•    A SmartGrid kommunikációs hálózat felépítése és szegmensei: hálózati,architektúrák,hálózati elemek, csomópontok és funkciók

o   SmartGrid hálózat hozzáférési szakasza (automatizált elosztóhálózatok, visszatáplálás, mérőberendezések és valós idejű számlázás, szolgáltatásbiztonság kommunikációs és informatikai háttere)

o    SmartGrid aggregációs hálózat (terhelés-elosztási és vezérlési funkciók kommunikációja, „demand response”, hibavédelem)
o    SmartGrid maghálózatok infokommunikációja

4-5. hét

•    SmartGrid hálózati technológiák és fizikai architektúrák specialitásai az egyes hálózati szegmensekben:

o    Vezeték nélküli kommunikáció Smart Grid hálózatokban (Wireless Personal / Local / Metropolitan Area Networks): WIFI, WiMAX, 3G, LTE technológiák alkalmazásai

o    Vezetékes kommunikáció villamos energia hálózatokon: PLC (Power Line Communication)

o    Optikai technológiák: DSL, PON és WDM átvitel a SmartGrid hálózatokban

6. hét

 •    SmartGrid kommunikáció hálózati rétegei:

o    Afizikai réteg speciális jellemzői

o    Adatkommunikációs interfészek és protokollok

o    IPv4 és IPv6 szerepe és alkalmazása

o    Hálózatszervezés és szerveződés (Plug & Play)

7-8. hét

•    SmartGrid hálózatok funkciói és irányítása

o    Felügyelet és adatgyűjtés, riasztások, vezérlés, optimalizálás

o    SCADA-rendszerek és komponensek

9. hét

•    SmartGrid hálózatok biztonsági követelményei és eszközei:

o    adatbiztonság (security)

o    hitelesítés (authentication)

o    titkosítás (encryption)

o    adatvédelem (privacy)

10. hét

•    Megbízhatóság, a „kritikus infrastruktúra” követelményei

o    elvárt magas rendelkezésre állás és hibavédelem megvalósítása
o    fenyegetések, hálózati vagy fizikai támadások és elhárításuk a hálózat különböző pontjain (mérőeszközök, kommunikáció, vezérlés…)

•    Nemzetközi szabványok (ITU,IEEE,IETF)

11-12. hét

•    SmartGrid hálózati kommunikációra épülő szolgáltatások:

o    szolgáltatói alkalmazások, pl.:

  •   Mérés/számlázás (Advanced/Smart Metering Infrastructure)
  •   Smart Grid automatizálás (Demand Response) és üzemeltetés
  •   Villanyautók: V2G (Vehicle-to-Grid) kommunikáció

o    előfizetői alkalmazások, pl.:

  • Home Area Networking (HAN) / Smart Home
  • Villanyautók: PEV (Plug-in Electric Vehicle) infrastruktúra

13-14. hét

•    Esettanulmányok: SmartGrid hálózatok és alkalmazásaik a gyakorlatban, ma létező és elérhető példákon bemutatva (bemutatók, vendégelőadók és/vagy látogatások segítségével), például:

o    Elektromos járművek: töltés, számlázás, azonosítás… egy lehetséges „SmartGrid killer application”

o    SmartGrid tapasztalatok Magyarországon (ELMŰ / Telvent)

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Heti 4 óra előadás

10. Követelmények

Szorgalmi időszakban egy zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése

Vizsgaidőszakban írásbeli vizsga 

11. Pótlási lehetőségek

Sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható. A sikertelen (pót)zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.

12. Konzultációs lehetőségek

A tárgy előadóival személyesen, vagy e-mailben egyeztetett időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

J. Ekanayake, N. Jenkins, K. Liyanage, J. Wu, A. Yokoyama - Smart Grid: Technology and Applications (Wiley, 2012)

L. T. Berger, K. Iniewski  - Smart Grid Applications, Communications, and Security (Wiley, 2012)

T. Flick, J. Morehouse - Securing the Smart Grid: Next Generation Power Grid Security (Syngress, 2010)

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra 
Felkészülés zárthelyire16
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés48
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
 Név: Beosztás: Tanszék, Intézet:
 Mitcsenkov Attila
 tanársegéd BME TMIT
 Paksy Géza
 tud. munkatárs
  BME TMIT
 Dr. Cinkler Tibor
 egy. docens  BME TMIT
 Dr. Fehér Gábor
 egy. docens  BME TMIT
 Dr. Dán András
 egy. tanár
  BME VET