Name: power outage metrics and distribution automation
Uploaded: 2024-11-21T14:54:44.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

In der Technik misst die Zuverlässigkeit die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät störungsfrei funktioniert, was bei der Energieverteilung von entscheidender Bedeutung ist, um einen unterbrechungsfreien Betrieb zu minimalen Kosten zu gewährleisten.
Die Energieversorger streben einen durchschnittlichen Serviceverfügbarkeitsindex von 99,9772 % an, was einem Ausfall von nicht mehr als zwei Stunden pro Kunde und Jahr entspricht.
Zuverlässigkeitsindizes wie der System Average Interruption Frequency Index (SAIFI), der System Average Interruption Duration Index (SAIDI) und der Customer Average Interruption Duration Index (CAIDI) quantifizieren die Systemzuverlässigkeit, wobei kurze Ausfälle und Großereignisse wie schwere Stürme ausgeschlossen sind.
Die Energiewirtschaft hat sich fortschrittlicher Überwachungs-, Steuerungs- und Automatisierungstechnologien zu eigen gemacht und sich von einfachen Zählern zu hochentwickelten Überwachungs-, Steuerungs- und Telemetersystemen entwickelt.
Die Distributionsautomatisierung (DA) revolutioniert Generatoren und Umspannwerke.
DA ermöglicht die Fernsteuerung von Sektionalizern, wodurch die Fehlerisolierung und die Wiederherstellungszeiten der Stromversorgung erheblich reduziert werden.
Zu den weiteren DA-Anwendungen gehört die Spannungsregelung über geschaltete Kondensatorbänke und Laststufenschalter, wodurch Verteilungsverluste reduziert werden.

stromverteilung

Distribution Reliability and Automation

Die Zuverlässigkeit der Verteilung in elektrischen Energiesystemen ist entscheidend, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung der Verbraucher zu minimalen Kosten sicherzustellen. Gemäß den IEEE-Standards ist Zuverlässigkeit die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät über einen bestimmten Zeitraum oder eine bestimmte Nutzungsdauer fehlerfrei funktioniert. Für die Stromverteilung bedeutet dies, eine kontinuierliche Stromversorgung aufrechtzuerhalten und auf die Bedenken der Kunden hinsichtlich Stromausfällen einzugehen. Mehrere Indizes, wie sie im IEEE-Standard 1366-2012 definiert sind, werden verwendet, um die Zuverlässigkeit der Verteilung zu bewerten und zu verbessern, darunter der System Average Interruption Frequency Index (SAIFI), der System Average Interruption Duration Index (SAIDI) und der Average Service Availability Index (ASAI).

SAIFI misst die durchschnittliche Anzahl von Unterbrechungen, die ein Kunde pro Jahr erlebt, und wird wie folgt berechnet:

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16136/16136_PT_Equation_1.svg" style="height: 28px;">

SAIDI quantifiziert die durchschnittliche Ausfalldauer für jeden Kunden und ergibt sich aus:

<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/16136/16136_PT_Equation_2.svg" style="height: 28px;">

CAIDI gibt die durchschnittliche Ausfalldauer pro unterbrochenem Kunden an, berechnet wie folgt:

<img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/16136/16136_PT_Equation_3.svg" style="height: 28px;">

ASAI stellt den Anteil der Zeit dar, in der die Stromversorgung verfügbar ist, und wird bestimmt durch:

<img alt="Equation4" src="/files/ftp_upload/16136/16136_PT_Equation_4.svg" style="height: 28px;">

Diese Indizes schließen kurzzeitige Unterbrechungen (weniger als fünf Minuten) und größere Ereignisse wie schwere Stürme aus, die die Zuverlässigkeitskennwerte erheblich beeinflussen.

Bei der Verteilungsautomatisierung (DA) handelt es sich um die Implementierung von Technologien zur Überwachung, Steuerung und Automatisierung des elektrischen Verteilungssystems. DA verkürzt die Dauer von Ausfällen und verbessert die Servicezuverlässigkeit. In der Vergangenheit umfasste DA die Verwendung einfacher Messgeräte und Telekommunikationssysteme zur Überwachung von Spannungen und Strömen. Moderne DA-Systeme umfassen fortschrittliche Sensoren, automatisierte Steuerungen und SCADA-Systeme (Supervisory Control And Data Acquisition). Diese Systeme können den Bedienern Fernsteuerungsfunktionen bieten oder den gesamten Verwaltungsprozess der Verteilungsschalter automatisieren. Diese Automatisierung ermöglicht eine schnelle Fehlerisolierung und Servicewiederherstellung, wodurch die Ausfalldauer erheblich verkürzt wird.

Insgesamt steigert DA die Zuverlässigkeit, indem es schnellere Reaktionen auf Ausfälle ermöglicht, das Spannungsmanagement verbessert und einen effizienteren Betrieb des Verteilnetzes gewährleistet.

Stromverteilung

In der Technik misst die Zuverlässigkeit die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät störungsfrei funktioniert, was bei der Stromverteilung entscheidend ist, um ...

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KEY TERMS AND CONCEPTS

WICHTIGE BEGRIFFE UND KONZEPTE

power outage metrics and distribution automation

Distribution reliability in electric power systems helps keep electricity flowing with as few outages as possible and at minimal cost. In IEEE standard terms, reliability is the chance that a device will work without failure over a set time or amount of use. For power distribution, that means steady service and fewer customer concerns about blackouts.

Engineers use several IEEE Standard 1366-2012 indices to measure how well a distribution system performs. SAIFI, or System Average Interruption Frequency Index, shows the average number of outages a customer has in a year. SAIDI, or System Average Interruption Duration Index, gives the average total outage time for each customer. CAIDI shows the average outage time for each customer who was actually interrupted. ASAI, or Average Service Availability Index, shows the fraction of time power is available.

These indices leave out momentary interruptions that last less than five minutes. They also leave out major events such as severe storms. That helps the metrics focus on normal reliability performance rather than rare extreme conditions.

Distribution automation, or DA, uses technology to monitor, control, and automate the electric distribution system. Early DA systems used simple meters and telecommunication tools to track voltage and power flow. Modern DA systems use advanced sensors, automated controls, and Supervisory Control And Data Acquisition, or SCADA, systems.

DA can give operators remote control of the system, or it can automate the entire switch management process. That helps isolate faults quickly and restore service faster after an outage. It also improves voltage management and makes the distribution network work more efficiently. As a result, DA can reduce outage duration and improve overall reliability.

Power Outage Metrics and Distribution Automation

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power system distribution

Electric Power Flow from Plant to Home

Electric power distribution moves electricity from power plants to homes, businesses, and industry through transmission and distribution networks. Power plants convert energy from coal, gas, nuclear, water, and wind into electrical energy. They use three-phase generators, often rated from 50 to 1300 MVA, with terminal voltages from a few kV to 20 kV depending on the unit size and age. The transmission system carries this electricity over long distances with high voltage to reduce energy loss.

primary distribution

Electric Utility Feeders and Distribution

Primary distribution systems move electrical power from substations to consumers. They use several voltage classes, and 15-kV class voltages are the most common among U.S. utilities. Older 2.5-kV and 5-kV primaries are being replaced by 15-kV systems. Higher 25-kV to 34.5-kV classes are used in dense urban areas and in rural regions with long feeders. Many primary systems use three-phase, four-wire multigrounded lines. In this setup, the neutral wire serves as a grounding point. Substations...

secondary distribution

Secondary Distribution Voltage Levels

Secondary distribution carries electrical energy from distribution transformers to customer meters at usable voltage levels. Common U.S. secondary voltages include 120/240 V for homes, 208Y/120 V for residential and commercial buildings, and 480Y/277 V for industrial sites and high-rise buildings. In residential areas, 120/240 V single-phase, three-wire service is often used for lighting, outlets, and large appliances. Dense urban areas may use 208Y/120 V three-phase, four-wire service because...

transformers in distribution system

Distribution Transformers and Voltage Control

Distribution transformers and substation transformers step down high transmission voltage for safe delivery to homes, schools, and businesses. In distribution systems, these transformers are usually grouped as distribution substation transformers and other distribution transformers. Their main job is to lower voltage to levels that fit distribution and end-user use. Distribution substation transformers often use mineral oil for insulation and cooling. Some units keep an inert gas, such as...

distribution reliability and automation

Distribution reliability in electric power systems helps keep electricity flowing with as few outages as possible and at minimal cost. In IEEE standard terms, reliability is the chance that a device will work without failure over a set time or amount of use. For power distribution, that means steady service and fewer customer concerns about blackouts. Engineers use several IEEE Standard 1366-2012 indices to measure how well a distribution system performs. SAIFI, or System Average Interruption...

key terms and concepts

Learn how utilities measure power outage reliability with SAIFI, SAIDI, CAIDI, and ASAI, and how distribution automation helps restore service faster.

Power Outage Metrics and Distribution Automation | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

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