مشاكل جودة الطاقة في الهند

شركات توزيع الطاقة الهندية Discoms هي المسؤولة عن توريد وتوزيع الطاقة لمجموعة متنوعة من المستهلكين (الصناعيين، التجاريين، الزراعيين، المنزليين، وما إلى ذلك). وهذا أيضًا، وفقًا لمعهد بروكينج، هو الحلقة الأضعف في النظام البيئي للطاقة من منظور الاستدامة المالية والتشغيلية.

نوعية نوعية الطاقة

وبطبيعة الحال، فإن توفير الطاقة لا يقتصر فقط على توصيل الأسر بالأسلاك وجمع الإيرادات مقابل الخدمات المقدمة. فهو يتطلب توفير نوعية جيدة باستمرار من الطاقة لهؤلاء المستهلكين. وينطبق هذا بشكل خاص على الاهتمامات الصناعية والتجارية العاملة ضمن منطقة خدمة Discom.

يمكن لارتفاع الجهد أو التوافقيات أو الانقطاعات - بغض النظر عن المدة - أن تؤدي إلى تلف المعدات. بالإضافة إلى الأضرار التي لحقت بالمعدات الحساسة والإصلاحات المكلفة اللاحقة، تؤدي مشكلات جودة الطاقة إلى ضياع الوقت وتلف البيانات وانخفاض الإنتاجية وتقليل العمر المتوقع للمعدات.

تسلط مبادرة جودة الطاقة الآسيوية الضوء على أهمية المراقبة المستمرة لجودة الطاقة (PQ)، وهو الابتعاد عن النهج التقليدي "الرجعي" الذي تم اتباعه سابقًا.

ويذكرون أن "المراقبة المستمرة لـ PQ ربما تكون هي الطريقة الوحيدة للمضي قدمًا لرصد وتحليل المشكلات التي تنشأ بسبب ضعف PQ بدقة."

وتشمل الفوائد الناتجة ما يلي:

الإدارة الاستباقية:  تمكن من تحديد الاتجاهات واستقراء المخاطر المتعلقة بالسلامة والموثوقية ضمن نقاط محددة في الشبكة الكهربائية.

تساعد في الصيانة الوقائية والتنبؤية:  توفر الرؤى حول كيفية تفاعل المعدات مع أحداث أو اضطرابات PQ محددة البصيرة لاتخاذ الإجراءات العلاجية في الوقت المناسب. كما يسمح أيضًا لفرق الصيانة بتحسين نافذة الصيانة الوقائية من خلال تقديم رؤى غير متوفرة سابقًا. يمكن تصميم إجراءات محددة لتجنب الانقطاعات ومنع الفشل بناءً على بيانات المراقبة المستمرة.

بفضل الإمكانات التشخيصية لحالات معينة، يمكن لمراقبة الجودة أن يكون لها تأثير كبير على تطوير برامج الصيانة الوقائية. الاكتشاف المبكر للمشكلات: تعمل معلمات PQ المحددة للشبكة على تمكين النظام من تحديد التنبيهات وإرسالها عندما تبدأ الظروف في التدهور. وهذا يضمن حل مشكلات PQ في الوقت المناسب قبل أن تتسبب في حدوث ضرر.

التخطيط الدقيق لاستثمار رأس المال لتحسين جودة الأداء: أحد الاعتبارات الهامة هو القدرة على التخطيط بدقة للاستثمارات الرأسمالية المستقبلية بسبب توفر البيانات التاريخية والوقتية. توفر المراقبة المستمرة لجودة الطاقة إمكانية الوصول إلى هذه المعلومات التفصيلية.

ضمان الامتثال: تتوسع قائمة الامتثال والقائمة المرجعية التنظيمية لمعلمات PQ باستمرار. تعد PQ جزءًا لا يتجزأ من العديد من برامج مراقبة الجودة الداخلية والمعايير الخاصة بالصناعة والمعايير الدولية.

تنسيق تبادل بيانات جودة الطاقة

One of the key goals of PQ monitoring is to be able to establish a benchmark for PQ, whether it’s across a facility or at an industry level. Continuous PQ monitoring is becoming increasingly adopted across the sector, accompanied by a rise in the diversity of PQ software applications, underlying database platforms, and logics to run simulations and analyse data.

A Power Quality Data Interchange Platform (PQDIF) specifies a common format for PQ measurement. The IEEE Power Engineering Society Task Force is standardising the data interchange format. The guidance provided by the neutral platform is key to ensuring a consistent form of data exchange between software and monitoring devices for its universal applicability.

Consumer-centric service contracts

SAIFI, SAIDI, MAIFI – while all are used to measure distribution system reliability, they may not be detailed enough to provide information about the reliability for two utilities with different feeders. Nor do they necessarily take into account the proportion of interruptions caused due to faults at the customer end.

Continuous PQ monitoring systems, however, provide more accurate insights which can be easily tracked and analysed to improve performance and get flexible contracts that reward customers maintaining good PQ.

Poor PQ is one of the root causes of business problems including productivity losses, downtime, loss of reputation and goodwill, customer dissatisfaction and much more.

Continuous Power Quality monitoring provides an opportunity to gain real-time insight into the health of a power system and is a vital and integrated part of the power system to maintain its reliability.

Smart Energy International spoke with Chintamani Chitnis, Head: Grid Operations, Power System Control Centre (PSCC) in Mumbai, about specific challenges being experienced within the state of Maharashtra concerning power quality.

Power Quality is an issue that has been taken very seriously by the transmission and distribution system operators in the state.

The distribution level network is almost 95% underground and is therefore little affected by extreme weather events. However, the transmission system is affected, and for this reason, automation of the system has been undertaken – through SCADA on the transmission side, and a distribution management system (DMS) on the distribution side – in order to minimise the impact on customers.

All operations at 220kV level are 100% automated, and all transmission networks are N -1 compliant, meaning that redundancy to the level of 100% is achieved in terms of consumers.

The subsequent System Average Interruption Frequency Index (SAIFI), System Average Interruption Duration Index (SAIDI) and Consumer Average Interruption Frequency Index (CAIFI) scores are the best in India and are comparable with the best in the world, says Chitnis. This is primarily due to the network planning being done in such a way as to enable continued connection to customers even if a feeder should be lost. Even if a feeder should be taken off the grid, there is always another feeder available.

Related in the distribution network the underground network automation systems are handled in such a way that the network is fully equipped with fault passage indicators and the ring main units are fully automated; thus many distribution substations have an auto-transfer scheme and manual intervention is totally avoided. Self-healing grid functionality is wholly decentralised, and there is no manual intervention at all from central control.

End-consumer interruptions thus sit at about 20 minutes a year. By utilising an ‘islanding system’, power supply in Mumbai is assured uninterrupted within the city limits. Disruptions to the grid in the Western Regional Power grid results in automatic isolation of the city from the rest of the grid.

The total customer base in Mumbai is about 3.5 million, with Chitnis’s team being responsible for 750,000 customers. The total consumer base is divided between four different utilities in Mumbai and consumers have the option to switch ‘wires’ to another utility as they wish.

“Unlike in other parts of the world where this likely happens only on the supply side, in Mumbai you can change even the wires,” says Chitnis.

“Therefore the continuity of supply you afford to the consumers is of paramount importance for each of the utilities. As a result, consumers switch for multiple reasons, including tariff or power quality.”

Automation on the transmission and distribution networks.

The distribution networks in the area are automated up to about 40% for big substations. Substations are automated in a ring configuration connecting two substations and smaller substations in-between.

“If there are ten substations in a ring, 50% of them will be automated. The philosophy of automation is provided in the first leg of the ring and somewhere in the middle – more commonly known as the mid-way operating point. In the case of a fault on either of the sides, you can switch the consumers to an alternate feeder. This is done with the help of fault passage indicators which are communicable and visible on the DMS. If an operator notices any tripping on the DMS, he automatically also sees what kind of fault passage indications are available on each of the stations and, based on the fault passage indicators, he isolates the section indicated and inferred to be faulty, and restores it.

The total restoration time we usually have in terms of automated substations is less than 2-3 minutes for each of these rings.

“At some critical consumer locations, we have an autochanger scheme where the operator doesn’t have to intervene, and there is an automatic change over to another supply in the event of the normal supply tripping, without any manual intervention. So within a matter of milliseconds this changeover happens.

“The communication is enabled through GPRS and fibre for the bigger substations. All of these assets are mapped on our GIS, and therefore in real-time we can see what areas are out of supply and restore the consumers who are affected.

The GIS is connected to the CRM, and this allows customer service representatives the opportunity to identify and provide accurate information on restoration efforts when they are speaking to customers who have called in regarding an outage.

On the transmission lines, the high rated substations are primarily gas-insulated substations and are 100% automated.

In addition to operations, transformers and voltage correction can be controlled remotely in cases where voltages fluctuations are experienced. There are various other alarms built in, where for instance, voltage variations are clearly highlighted. Overhead lines are equipped with auto reclosers which, in the event of a transient fault, will island the feeder and enable restoration of the line within a matter of milliseconds.

Cascading blackouts have been almost completely eliminated, but as a backup, load trimming is possible to reduce the load on a specific line and ensures the line remains active. This infrastructure means system load is controllable to avoid blackouts.

Cyber protection

Disaster management plans are in place and the responsibility of the IT department.

However, IT and OT systems are kept entirely separate from one another, and it is through this that threats to the external network are minimised. Additional security features include compliance with international cybersecurity standards.

The fibre networks operate on a similar ring system to the topology, by the transmission and distribution networks.

And while the cellular networks do suffer command failures from time to time, the percentage of these are around 5% and considered fairly minimal. 95% – 97% is the norm in terms of communication availability across the network.

Longer-term outages which cannot be addressed by rerouting the supply, and which are caused by accidents on the physical grid, are dealt with swiftly.

Standard procedure is to provide portable generation to the affected areas, thereby restoring power supply. In most cases, supply is fixed and restored within a period of three hours. These kinds of incidents are rare, occurring perhaps once or twice per annum.

ومع ذلك، فإن ما يثير قلق المرافق في مومباي هو جودة الطاقة الموجودة على الشبكة. ترجع الزيادات أو الانخفاضات في العرض في المقام الأول إلى الطبيعة المترابطة للشبكة ويتم نقل الاضطرابات على الشبكة إلى مستوى المستهلك - عادة ما تكون مخاوف صناعية أو تجارية كبيرة - وتظهر على شكل انخفاضات في الجهد. يمكن أن تؤثر هذه الانخفاضات العابرة على الآلات الموجودة في مكان العمل وتؤدي إلى تكلفة كبيرة على المستهلك لإصلاحها.

يتم التحكم في اعتبارات جودة الطاقة من الجانبين. من ناحية، يكون من جانب التحميل، والآخر على مستوى الشبكة.

تتناسب نسبة الانخفاضات التي يراها المستهلكون بشكل مباشر مع مستوى الخطأ في النظام.

"باعتبارنا مشغل النظام، وبالتشاور مع مرافق النقل الأخرى ومركز التحميل والإرسال التابع للدولة، فإننا نحاول الانتقال من فلسفة التشغيل المستمر إلى فلسفة التشغيل المقطعية. من خلال تقسيم العمليات، من المتوقع أن تنخفض مستويات الأخطاء بشكل كبير.

"ما تمكنا من القيام به هو تقليل حجم انخفاضات الجهد، وبالتالي فإن انخفاضات الجهد التي كانت في السابق عند 75% أو 100% ستنخفض الآن بشكل كبير إلى ما بين 0%-25%. وهذا يعني أنه إذا كان الجهد 100 كيلو فولت، فسوف ترى الآن انخفاضًا يصل إلى 75 كيلو فولت مقارنة بما كان عليه سابقًا عندما حدث انخفاض إلى 25 كيلو فولت.

من خلال تقسيم حافلات الجهد الكهربائي العالي (EHV) وتقليل مستويات الخطأ بحوالي 50%، انخفض حجم انخفاضات الجهد بشكل كبير، وبالتالي أصبح المستهلك محصنًا تقريبًا ضد انخفاضات الجهد.

نظرًا لأن مدة انخفاض الجهد لها أيضًا أهمية كبيرة وهي في الغالب وظيفة أنظمة الحماية التي لا تعمل بشكل صحيح، فإن أي رحلة عند مستوى 220 كيلو فولت يجب أن تتم إزالتها خلال 160 مللي ثانية.

ما تم القيام به لتلبية هذا المطلب المحدد هو تركيب أنظمة الحماية التي تحتوي على جميع المرحلات الرقمية وتكون قادرة على إزالة الخلل خلال 160-200 مللي ثانية مع الحد أيضًا من انخفاض الجهد إلى حوالي 20٪. جميع المعدات الموجودة أسفل الخط قادرة على تحمل هذا الانخفاض في الحجم والمدة.

ويخلص شيتنيس إلى القول: "هذه هي الطريقة التي تمكنا بها من التخفيف من المخاطر. لقد بدأنا هذا البرنامج في العام الماضي، ونحن قادرون على رؤية أن المستهلكين لا يتأثرون بحوالي 75% من الانخفاضات الطبيعية في الجهد التي تحدث في النظام.