Chain2 communication protocol in a smart home environment integrating storage and EV charging systems

The introduction of second generation (2G) electricity meters in the context of Smart Homes represents a fundamental step towards a more efficient use of energy. The aim of this thesis is to investigate for the first time ever how the “chain2” communication protocol, exploited by such devices to transmit information on household consumption to associated appliances, can be used in two emerging scenarios: load balancing with a storage system and modulation of Electric Vehicle (EV) charging. The key questions concern the promptness and effectiveness of the dispatch and exploitation of the data contained in the “chain2” compact frames. It was found that the coupling of multiple user devices to the same meter is currently impossible without the direct intervention of the service provider. Results also indicate that compact frames are not suitable for load balancing operated by the BESS, as they are only sent when fixed power thresholds spaced 300 W apart are exceeded: such resolution is too wide to guarantee effective load management. Furthermore, tests on EV charging have shown that the plots are transmitted correctly, with a response time of generally less than 5 seconds, and are interpreted by the wallbox so that the contracted power is not exceeded. However, when the limit is exceeded, a very irregular EV charging profile is observed, with significant fluctuations in charging power.

L’introduzione dei meter elettrici di seconda generazione nel contesto delle Smart Home rappresenta un passo fondamentale verso un uso più efficiente dell’energia. Questa tesi ha l’obiettivo di studiare come il protocollo di comunicazione “chain2”, utilizzato dai meter per trasmettere informazioni sui consumi domestici ai dispositivi associati, possa essere impiegato in due scenari emergenti: il load balancing tramite accumulo stazionario e la modulazione della ricarica di un veicolo elettrico. Le domande chiave riguardano la tempestività e l’efficacia con cui queste informazioni vengono trasmesse e sfruttate. Innanzitutto è emerso che l’accoppiamento di più dispositivi utente allo stesso meter è attualmente impossibile senza l’intervento diretto del service provider. I risultati indicano che le trame “chain2” non sono adatte per il load balancing operato dalla BESS, poiché vengono inviate solo al superamento di soglie di potenza fisse distanziate di 300 W, una risoluzione troppo ampia per garantire un’efficace gestione del carico. Inoltre, i test sulla ricarica del veicolo elettrico hanno mostrato che le trame vengono trasmesse correttamente, con un tempo di risposta generalmente inferiore ai 5 secondi e vengono interpretate dalla wallbox in modo da evitare il superamento della potenza contrattuale. Tuttavia, quando il limite viene superato, si osserva un profilo di ricarica molto irregolare per l’EV, con oscillazioni significative nella potenza di ricarica.