Improving quality of service parameters in power distribution networks: evaluating the impact of Always On communication and logic-based SHA automation

Over the past two decades, distribution system operators have been consistently prompted by national regulatory authorities to enhance quality of service, with a primary focus on reducing the number of interruptions and outage durations per customer annually. In the Italian context, e-distribuzione is pursuing, among other technological advancements, the implementation of “Always On” communication technology, employing 4G connectivity, and a transition from time-based to logic-based automation techniques. An innovative approach known as Self-Healing Automation (SHA), characterized by logic selectivity, has been introduced by e-distribuzione in the last few years. This study offers a specific examination of the impact of "Always On" communication and SHA automation on quality-of-service indicators, specifically the DIL and NILB parameters. The first chapter establishes a technical foundation for quality-of-service parameters, remote-control devices in substations, and various types of automations. The second chapter conducts an analysis of connection times to secondary substations based on 2G connectivity, revealing a prominent probability of about 44 seconds for the duration of these connections in Lombardy. Additionally, the outcomes of implementing "Always On" communication are mentioned. In the third chapter, two scenarios are outlined for predicting reductions in DIL and NILB parameters. Scenario A involves the upgrade to 4G routers in secondary substations while retaining the existing automation, projecting a reduction of around 52% in the DIL parameter. On the other hand, Scenario B encompasses both router upgrades and the implementation of SHA automation for medium voltage lines, leading to a projected 60% reduction in the DIL parameter. Notably, Scenario A does not anticipate a reduction in the NILB parameter, while Scenario B predicts a reduction to one-fourth of its previous value. Furthermore, in the execution of both Scenarios A and B, two distinct sets of criteria have been formulated for e-distribuzione. These criteria are designed to identify the most critical secondary substations and medium voltage lines, facilitating the gradual and efficient execution of the respective scenarios.

Nel corso degli ultimi due decenni, gli operatori del sistema di distribuzione sono stati costantemente sollecitati dalle autorità di regolamentazione nazionali a migliorare la qualità del servizio, concentrandosi principalmente sulla riduzione del numero di interruzioni e sulla durata delle interruzioni per cliente annuali. Nel contesto italiano, e-distribuzione sta intraprendendo, insieme ad altri sviluppi tecnologici, l’implementazione della tecnologia di comunicazione "Always On", che impiega la connettività 4G, e il passaggio da tecniche di automazione basate sul tempo a quelle basate sulla logica. Un approccio innovativo noto come Self-Healing Automation (SHA), caratterizzato dalla selettività logica, è stato introdotto da e-distribuzione nel corso degli ultimi anni. Questo studio offre nello specifico un’analisi dell'impatto della comunicazione "Always On" e dell'automazione SHA sugli indicatori della qualità del servizio, in particolare i parametri DIL e NILB. Il primo capitolo stabilisce una base tecnica riguardo i parametri della qualità del servizio, i dispositivi di telecontrollo nelle cabine elttriche e i vari tipi di automazione. Il secondo capitolo conduce un'analisi dei tempi di connessione alle cabine secondarie utilizzando la connettività 2G, mostrando una probabilità predominante di circa 44 secondi per la durata di queste connessioni nelle cabine secondarie della Lombardy. Inoltre, vengono menzionati i risultati dell'implementazione della comunicazione "Always On". Nel terzo capitolo, vengono delineati due scenari per prevedere riduzioni dei parametri DIL e NILB. Lo Scenario A prevede l'aggiornamento dei router alla tecnologia 4G nelle cabine secondarie mantenendo l'automazione esistente, portando ad una riduzione di circa il 52% nel parametro DIL. D'altra parte, lo Scenario B comprende sia l'aggiornamento dei router che l'implementazione dell'automazione SHA per le linee di media tensione, portando a una riduzione prevista del 60% nel parametro DIL. È importante notare che lo Scenario A non prevede una riduzione nel parametro NILB, mentre lo Scenario B prevede una riduzione a un quarto del suo valore precedente. Inoltre, nell'esecuzione sia dello Scenario A che dello Scenario B, sono stati formulati due distinti insiemi di criteri per e-distribuzione. Questi criteri sono progettati per identificare le cabine secondarie e le linee di media tensione più critiche, agevolando un’esecuzione graduale ed efficiente dei rispettivi scenari.