Hybrid renewable power system for radio communication networks in mission critical applications : criticality analysis and optimization procedure

The most frequent problem detected by the companies in the telecommunications sector is the loss of power supply in site, usually located in remote zone, that represents circa the 70% of the assistance request. This malfunctioning is more delicate and complex when the radio network has the specific objective to guarantee the “mission critical” communications in a specific area which, especially during emergency situations, should ensure a high level of reliability and availability to permit the rescue operations. This peculiarity and the costs related to a maintenance intervention, in particular conditions and in relatively short time, make these “mission critical” radio sites particularly adapted to experiment and evaluate eventual installation of alternative energy power and storage systems with the aim of increase the functioning continuity of the plant even in case of lack of grid supply. Nowadays, this aspect of primary importance is partially solved connecting a certain amount of lead-acid batteries in sites which boast the major number of warnings, realized a post-fault maintenance action without any planning. So, the objective of this study is to propose and evaluate a way to decrease the number of interventions necessary to restore the correct functioning, aiming at specific sites defined critic and strategic in a wider and more complex radio network, increasing their continuity and bringing technical and economic benefit. Therefore, it is conceived a method that, through a series of adapted criteria to define the site characteristics and selected parameters, permits to realize a criticality analysis highlighted the eventual assets for which important investments are justified to ensure the electric supply. At the same time, exploiting the genetic algorithms convergency efficacy, it is developed in MATLAB© a tool dedicated at the hybrid power system sizing with a high level of RES penetration, that returns the characteristics and the number of components necessary to ensure the energy independency of the site. Moreover, to increase the monitoring level, it is projected a device, working with an expert team, that measures specific variables (energy consumption, production, etc..) and increases the detail of the control room recently build in the headquarters. Finally, the methods and the algorithms developed are applied at the “mission critical” network of Veneto region, to test, validate and make them usable ad applicable at the overall firm sites independently from the location and typology.

Il problema più frequentemente rilevato dalle aziende nel settore delle telecomunicazioni è la perdita di potenza in sito, spesso situato in zone “remote”, che rappresenta circa il 70% delle richieste di assistenza. Questo malfunzionamento risulta essere più delicato e complesso quando la rete radio ha il principale compito di garantire le comunicazioni con scopi “mission critical” di una specifica area che, specialmente durante situazioni di emergenza, dovrebbero assicurare un elevato livello di affidabilità e disponibilità per permettere le operazioni di soccorso. Questa peculiarità tipica del settore e i costi relativi ad un eventuale intervento di manutenzione in particolari condizioni e in tempi relativamente rapidi, rendono i siti radio “mission critical” particolarmente adatti per sperimentare e valutare eventuali installazioni di sistemi di produzione di potenza e di storage alternativi con il fine di incrementare la continuità di funzionamento dell’impianto anche in caso di mancanza della rete elettrica. Oggigiorno, questo aspetto di primaria importanza è stato parzialmente risolto collegando semplicemente delle batterie al piombo ermetico ai siti che vantavano un maggior numero di segnalazioni, effettuando quindi un’opera di manutenzione post-fault e priva di ogni tipo di pianificazione. L’obiettivo di questo studio, quindi, è quello di proporre e valutare un metodo per ridurre il numero di interventi necessari a ripristinare il corretto funzionamento dell’impianto, mirando a quei siti definiti “critici” dal punto di vista della “strategicità” all’interno di un’ampia e complessa rete radio, incrementandone notevolmente la continuità e apportando un beneficio tecnico e economico. È stato quindi ideato un metodo che, mediante una serie di criteri adatti a definire le caratteristiche di tutti i siti radio e di parametri opportunamente scelti, permette di realizzare un’analisi di criticità evidenziando gli eventuali assets per i quali sarebbero giustificati importanti investimenti con il fine precedentemente proposto di garantire l’alimentazione elettrica. Allo stesso tempo è stato sviluppato in MATLAB© un tool dedicato al dimensionamento di un impianto di produzione di potenza ibrida con elevato livello di penetrazione di energia rinnovabile che, sfruttando l’efficacia di convergenza degli algoritmi genetici, restituisce autonomamente le caratteristiche e il numero di componenti che dovrebbero essere necessari a garantire la totale indipendenza energetica del sito. Inoltre, con il fine di incrementare il livello di monitoraggio dello stesso, è stato progettato un dispositivo, lavorando a stretto contatto con esperti del settore, che rileva specifiche misurazioni (consumo e produzione di energia, ecc…) e incrementa il dettaglio della sala controllo recentemente ultimata nella sede aziendale. Infine, i metodi e gli algoritmi sviluppati sono stati applicati alla rete “mission critical” della regione Veneto, con l’obiettivo di testarli e validarli, per renderli poi fruibili e applicabili a tutti i siti aziendali indipendentemente dalla zona geografica o dalla tipologia degli stessi.