Implementazione del sistema di acquisizione dati dai contatori – metering international | pubblicazione 2-2013

Le riforme nel settore energetico in India sono in corso da oltre un decennio. Inizialmente ci si era concentrati su cambiamenti strutturali da apportare, quali il frazionamento delle agenzie elettriche di stato (SEB) e la creazione di aziende per la generazione, trasmissione e distribuzione. Successivamente ci si è concentrati sulla generazione di elettricità. Tuttavia, recentemente, ci si è resi conto che l’anello debole nell’intera catena di valore è la distribuzione di elettricità e che lo sviluppo sostenibile e la fattibilità economica del settore elettrico non sono possibili se non vengono risolti i problemi della distribuzione di elettricità.

Con questi obiettivi in mente, il Ministero nazionale indiano per l’elettricità ha lanciato il programma delle riforme e dello sviluppo accelerato ristrutturato dell’elettricità (R-APDRP) nell’anno 2009-10. Il programma riguarda le città con una popolazione superiore a 30.000 abitanti (10.000 nel caso di stati di categoria speciale). Per la sua implementazione, sono stati stanziati oltre 500 miliardi di rupie (9,2 miliardi di dollari). Sono stati stanziati finanziamenti separati per la parte A e la parte B di R-APDRP.

La parte A del programma riguarda essenzialmente l’applicazione della tecnologia dell’informazione nei servizi di distribuzione in tutto il Paese. Il programma comprende l’implementazione di:

• indicizzazione del cliente basata su GIS e mappatura dei beni
• Sistema di acquisizione dati del contatore (MDAS) per la distribuzione
• Trasformatori e feeder
• SCADA nelle grandi città
• Contabilizzazione e diagnosi dell’energia
• Determinazione di dati basali
• Applicazioni IT per svolgere processi aziendali rivolti al cliente
• Reclami e lettura del contatore, fatturazione e raccolta integrate.

L’intero esercizio ha lo scopo di determinare dati basali e un sistema di raccolta dati per i servizi di distribuzione per catturare perdite tecniche e commerciali aggregate (AT&C) in maniera precisa senza intervento manuale e anche per pianificare e implementare misure correttive nella parte B.

La parte B del programma riguarda il rafforzamento, il miglioramento e l’aumento del sistema di distribuzione. Questo comprende:

• Identificazione delle aree con perdite elevate
• Preparazione di piani di investimento per le aree identificate sopra
• Implementazione del piano
• Monitoraggio delle perdite

Inoltre, i servizi di distribuzione devono lavorare con le rispettive commissioni regolamentari per garantire che una parte dei vantaggi economici derivanti dalla riduzione delle perdite AT&C venga trasferita ai consumatori all’interno dell’area del progetto.

R-APDRP si concentra principalmente su:

• Adozione di un approccio sistematico per la gestione delle informazioni
• Riduzione delle perdite AT&C al 15%
• Rendere il segmento della distribuzione fattibile dal punto di vista commerciale
• Diminuzione delle interruzioni di elettricità e di fornitura
• Miglioramento della qualità e dell’affidabilità della disponibilità di elettricità
• Miglioramento della soddisfazione del cliente.

MDAS è un modulo fondamentale di R-APDRP. Comprende la lettura del contatore automatica dei trasformatori di distribuzione, dei feeder presso le sottostazioni e per fornire dati di misurazione per ulteriori perdite contabili AT&C nelle aree del progetto.

Obiettivo principale di MDAS in R-APDRP
L’obiettivo principale di MDAS è di acquisire dati di misurazione da contatori all’interno del sistema di distribuzione e contatori dei consumatori per:

• Monitoraggio delle prestazioni del sistema e supporto per le decisioni
• Analisi della rete e pianificazione del sistema
• Monitoraggio e raccolta dei dati di utilizzo dell’energia da parte del consumatore per fatturazione e CRM e per rilevamento e notifica di interruzioni e di manomissioni
• Monitoraggio di flussi di energia nella catena di fornitura dell’energia per fornire informazioni per la diagnosi energetica.

Un MDAS comincia con l’installazione e la connessione di modem sui contatori sul campo, da 10 a 15 marche, e potenzialmente in tutto lo stato. Il modem è stato configurato con gli opportuni parametri (baud rate, marca del contatore, fornitore del servizio di rete (NPS), nome dell’access point (APN), ecc.). Deve essere installato con i cavi di comunicazione giusti a seconda della marca del contatore. I dati di misurazione devono essere inviati a un’applicazione back-end compatibile presso un centro dati centrale (CDC) dello stato su rete GPRS. Quei dati verranno inviati a intervalli regolari, per esempio ogni ora od ogni giorno, in base alle necessità, senza errori.

Caratteristiche di MDAS

• Raccolta dati AMR da contatori di sistema (trasformatore di distribuzione, HVDS, feeder, ecc.)
• Raccolta dati AMR da contatori di alta tensione e di bassa tensione per specifici clienti
• Raccolta dei dati su CDC
• Generazione di allarmi e notifiche sulla base delle condizioni del sistema e della logica di validazione
• Lettura dei parametri di utilizzo dell’energia compresi il carico istantaneo, rilievi di carico, registro eventi, ecc.
• Uso di dashboard definite dall’utente
• Rapporti basati sui parametri indicati sopra per MIS del feeder/trasformatore di distribuzione

Implementazione MDAS
Dopo l’adozione di R-APDRP da parte di ciascuno stato, sono cominciate le consegne di MDAS da parte degli integratori del sistema, l’agenzia per il finanziamento dell’elettricità (PFC) e i fornitori MDAS selezionati.

Quando i fornitori MDAS hanno cominciato l’implementazione sul campo e presso il centro dati, si sono trovati di fronte a problemi che non avevano previsto. In seguito questi sono diventati impedimenti per la consegna dei progetti R-APDRP. Questi colli di bottiglia hanno influito sul programma di consegna dei progetti, sulla fattibilità commerciale e sul successo della lettura del contatore da remoto. L’esperienza dei progetti R-APDRP e di altri progetti AMR mostra che l’80-90% dei contatori può essere letto con successo tramite GPRS.

Ci sono molte difficoltà che devono essere affrontate prima e durante l’implementazione della soluzione MDAS per il successo del progetto R-APDRP. Queste difficoltà possono essere categorizzate come campo, rete, applicazioni e interfaccia.

Difficoltà MDAS

Difficoltà sul campo

• Quando i team hanno visitato i siti hanno riscontrato che l’installazione dei modem non era possibile in diversi luoghi dal momento che molti dei trasformatori di distribuzione/sottostazioni non erano provvisti di contatore e l’installazione del contatore stava procedendo a un passo molto lento. I team su campo hanno dovuto visitare i siti più di una volta per controllare se i contatori fossero stati installati o meno. Questo ha influito sulla tempistica e ha aumentato il costo del progetto.
• Il successo dell’installazione dei modem dipendeva dall’esecuzione tempestiva del rilievo GIS sul campo. I team GIS su campo dovevano fornire i dettagli delle posizioni effettive dei trasformatori di distribuzione con i loro numeri seriali per iniziare l’installazione del modem. In molti siti i modem erano stati installati prima del rilievo GIS sul campo, con la conseguenza di una mappatura non corretta dei dati di base. Inoltre si impiegava troppo tempo per completare il rilievo GIS per un’area del progetto della dimensione di uno stato, il che rallentava l’installazione del modem.
• Quando l’installazione è cominciata i team hanno trovato molte diverse marche di contatori sul campo. Per poter leggere i contatori dal back-end deve essere fornita una API appropriata dal produttore del contatore al fornitore di servizi. Dal momento che c’erano molte marche di contatori, ci è voluto molto tempo per ottenere tutte le API per i contatori.
• All’inizio, quando è stato adottato MDAS, c’erano circa 10-15 marche di contatori nella maggior parte dei fornitori, sui quali dovevano essere installati i modem. Ma senza la configurazione pin e la disponibilità di API, alcuni fornitori hanno deciso che l’installazione dei modem doveva continuare su alcune (3-4) marche di contatori piuttosto che su tutte le 10-15. Col tempo i contatori rimanenti, che erano molto vecchi o obsoleti, sarebbero stati sostituiti con altri più nuovi.
• Sono sorti problemi con i cavi per la comunicazione dati:
  • Cavi per la comunicazione non corretti utilizzati durante la connessione dei modem con diverse marche di contatori.
  • La configurazione dei pin per il cavo di comunicazione doveva essere fornita dal fornitore ma queste informazioni non erano prontamente disponibili. L’installatore doveva portare cavi di comunicazione per tutte le marche di contatori a causa dell’incertezza sul contatore che avrebbe trovato sul campo.
  • Anche per la stessa marca di contatori, venivano usati diversi cavi per la comunicazione per diverse serie di contatori, che generava ulteriore confusione.
• La porta di comunicazione dati dei contatori non funzionava in diversi siti a causa dell’esposizione agli agenti ambientali.
• Allineamento errato della porta ottica con il cavo. Questo, in molti casi, causava letture del contatore incoerenti.
• I contatori venivano sostituiti dal fornitore ma l’installatore MDAS non era stato informato del cambiamento. I modem venivano anche rimossi durante l’installazione del contatore ma il centro dati continuava a provare la lettura del contatore.
• Le connessioni dal modem al contatore erano state rimosse dal team di manutenzione del fornitore che lavorava sul campo senza avere informato il centro dati.
• Diversi baud rate per diverse marche di contatori e anche per la stessa marca di contatori. Questo causava un’installazione e una configurazione errata dei modem, con conseguente impossibilità di leggere alcuni contatori.
• Il modem o l’antenna mancanti durante la visita sul campo per la manutenzione. Questo rendeva impossibile la lettura del contatore dove il segnale di rete era debole.
• Se il modem veniva reinstallato dal fornitore durante/dopo la sostituzione del contatore e non veniva configurato concordemente con la marca del contatore, le letture da remoto non erano possibili.

Difficoltà dovute alla forza del segnale di rete

• • Per leggere un contatore, è necessaria una forza minima del segnale di 18 CSQ equivalente a -77 dbm). La debolezza del segnale in diversi siti su vaste aree influiva negativamente sui
    cicli di lettura (un segnale scadente non permette al modem di inviare i dati al CDC).
    • La forza del segnale disponibile dovrebbe essere costante. Anche quando si raggiunge un segnale con una forza superiore al minimo di 18 CSQ, l’incostanza non permetteva al modem di inviare i dati al CDC
    • Elevata latenza, cioè il tempo necessario ai dati per compiere il percorso era superiore a 700 msec (per il ping) dal nodo del servizio GPRS/GSM (modem) al server del centro dati
    • Segnale di forza variabile nell’area di un operatore di rete
    • Appropriata allocazione di banda dal lato CDC per permettere la lettura del contatore
    • In alcuni casi le SIM fornite erano configurate su un APN pubblico (con l’utilizzo di internet non disattivato) piuttosto che un APN privato (con l’utilizzo di internet disattivato), con conseguente utilizzo non appropriato della SIM e bollette elevate
    • La riduzione dell’allocazione del canale GPRS permetteva il passaggio di un basso volume di dati, soprattutto quando la rete è congestionata
    • Disattivazione dei servizi GPRS per mancato uso per un certo periodo
    • La mappatura errata della SIM al back end del NSP impediva di stabilire una connessione dati.
  • Scollegamento dei servizi per il mancato pagamento delle bollette per l’utilizzo dati. I contatori per i clienti alta tensione vengono letti ogni ora. Questo porta a un maggiore utilizzo di dati e aumenta le bollette mensili (addebiti GPRS) per i fornitori.
  • Alcuni team hanno riscontrato situazioni in cui il segnale voce era molto scarso, quasi al limite inferiore, ma erano in grado di stabilire una connessione GPRS, e casi in cui la forza del segnale voce era eccezionale la il GPRS non era disponibile. Non sembra esserci una correlazione diretta tra la forza del segnale richiesto per voce e dati. È stato notato che il tasso di errore di bit (BER) era un migliore indicatore della forza del segnale GPRS.
  • L’operatore riserva la maggior parte dei canali per GMS e non per GPRS.
  • Nessun canale GPRS libero disponibile durante il tentativo di connessione.
  • Il modem che inviava i dati era installato tra due stazioni ricetrasmittenti di base.
  • I segnali GSM e GPRS venivano trasmessi sulla stessa frequenza portante ma in diversi time slot. I time slot GPRS (dati) sono condivisi con i time slot GSM (voce), per cui quando è presente un grande traffico voce su una rete, le chiamate vocali potrebbero occupare i time slot dati (le chiamate vocali hanno la priorità sulle chiamate dati), riducendo la capacità di inviare i dati.

Difficoltà delle applicazioni

• Supporto API per diverse marche di contatori per applicazione AMR da attivare presso i CDC dei rispettivi stati.
• Compatibilità API, cioè l’API fornita deve essere letta su GPRS. A volte l’API fornita era solo per GSM e i team non riuscivano a leggerla tramite GPRS.
• La qualità e la maturità dell’API che permette la comunicazione di tutte le letture e i parametri in modo corretto in un tempo ridotto. A volte l’API non era dotata di caratteristiche adeguate e
  in modo sequenziale. Questo rendeva l’integrazione con l’applicazione laboriosa.
• Le prestazioni dell’API potevano presentare problemi, per esempio la capacità e la velocità dell’API per la lettura di contatori multipli in una singola istanza è diversa da una marca a un’altra di contatore. MDAS integra tutte le API, mentre il software AMR può essere configurato con una sola configurazione o velocità.
• L’API potrebbe non essere compatibile per alcune serie di contatori per una particolare marca di contatore.
• L’API per i contatori dovrebbe supportare sia la porta ottica che RJ11 con GSM/GPRS.
• La dimensione dei dati del contatore, con alcuni contatori che inviano file di grandi dimensioni che non potevano essere letti in GPRS.

Difficoltà di interfaccia

• • • L’esecuzione di tutti i moduli in modo sequenziale è fondamentale per una corretta esecuzione di un MDAS. Il successo è monitorato solo per il 60-70% dei modem installati dal momento che i loro dati di interfaccia GIS non vengono inviati al MDAS per essere letti.

Raccomandazioni per ridurre le difficoltà

• • • L’installazione sul campo dei modem deve essere eseguita solo quando tutti i siti del campo (trasformatore di distributore, feeder e contatore del cliente) sono stati dotati di contatore da parte del fornitore. Se l’approvvigionamento dei contatori è in corso l’installazione del contatore e del modem possono ridurre il ritardo nell’esecuzione del programma.
    • L’installazione di solo una o due marche di contatori dovrebbe essere incoraggiata piuttosto che l’installazione di molte diverse marche sul campo.
    • L’aggiornamento sul campo e l’attività di rilavorazione per le città dovrebbe cominciare immediatamente dopo che il progetto pilota per la lettura dei modem è stato completato e integrato con il back-end. L’aggiornamento dei dati sul campo non andato a buon fine e il trend negativo di successo a causa della disattivazione della SIM o della rimozione del modem ridurranno i vantaggi attesi. Il fornitore non sarà in grado
      di ricevere e analizzare i dati necessari per comprendere meglio lo stato di salute del sistema e cosa si può fare per migliorarlo.
    • È necessario iniziare servizi di gestione per tutti i modem installati altrimenti il conteggio delle letture senza successo continuerà a crescere.
    • Si raccomanda l’installazione del modem su porta RJ11 per un migliore tasso di successo.
    • Il personale del fornitore deve essere istruito a configurare e installare modem, o questa attività dovrebbe essere svolta congiuntamente con l’integratore del sistema e l’agenzia MDAS per il successo delle sostituzioni sul campo.
    • Il fornitore deve agire in modo proattivo e portare il progetto al successo.
    • Nell’accordo con l’NSP, tutti i parametri GPRS desiderati devono essere concordati. L’ampiezza di banda dovrebbe essere garantita per trasferire le letture dei contatori a intervalli regolari, per esempio ogni ora o ogni giorno.