Od kilku lat w Polsce trwa masowa instalacja liczników zdalnego odczytu (LZO). Prawo energetyczne zobowiązało bowiem każdego z operatorów sieci dystrybucyjnej (OSD) do wymiany co najmniej 80% urządzeń pomiarowych na Smart Meters do 31 grudnia 2028 r. Dodatkowo, ustawodawca nałożył na operatorów konieczność utrzymania wskaźników skuteczności pozyskiwania danych pomiarowych (KPI) dla profili 15-minutowych oraz profili dobowych dla doby n+1 (90%), n+3 (94%) oraz n+7 (96%). Jak, wykorzystując technologię PLC do komunikacji między licznikami a systemem centralnym – poprowadzić wdrożenie LZO, aby sprostać wymogom prawnym?
Cleanup – niezbędne wsparcie wymiany liczników zdalnego odczytu
W ostatnich latach w Polsce przeprowadzonych zostało kilka wdrożeń pilotażowych liczników zdalnego odczytu, w których komunikacja z koncentratorami danych odbywała się przy użyciu standardu PLC (ang. Power Line Communication). Zastosowanie PLC w projektach zapewnia elastyczność, wysoką niezawodność (dzięki zaawansowanym mechanizmom korekcji błędów), efektywność energetyczną oraz bezpieczeństwo danych (poprzez wewnętrznie wbudowane mechanizmy szyfrowania danych). Zdecydowaną wadą tego standardu jest ograniczona przepustowość i wrażliwość na zakłócenia oraz interferencje, co bezpośrednio wpływa na jakość komunikacji oraz skuteczność pozyskiwania danych pomiarowych. Aby osiągnąć i utrzymać wskaźniki odczytowe zgodne z rozporządzeniem w sprawie systemu pomiarowego, wymagane więc będzie przeprowadzenie na etapie wdrożenia prac cleanup.
Cleanup stanowi nieodłączny element wdrożenia technologii PLC i polega na identyfikacji oraz redukcji, bądź całkowitej eliminacji wpływu zakłóceń na komunikację PLC. Na bazie wieloletnich doświadczeń pozyskanych w ramach prowadzonych wdrożeń PLC zostały wypracowane różne metody działania, między innymi proces, który dzieli cleanup na trzy zasadnicze części:
- Analiza systemowa stacji i obszaru.
- Właściwe prace terenowe.
- Rozmowy z klientami końcowymi oraz edukacja klienta końcowego (umownego).
Przeprowadzone przez specjalistów badania pokazały, że przyczyn problemów z pozyskiwaniem danych pomiarowych z liczników energii elektrycznej wykorzystujących technologię PLC jest wiele. Do najczęściej spotykanych należą: ponadnormatywne zakłócenia w paśmie wykorzystywanym do transmisji, wysoka tłumienność sygnału związana z dużą liczbą muf oraz złącz na kablach niskiego napięcia, a także niepoprawna rejestracja liczników w węźle nadrzędnym. Wszystkie te problemy wymagają indywidualnego podejścia. Tym samym diagnostyka w terenie powinna być poprzedzona analizą systemową, która dostarczy wstępnych informacji o populacji liczników z nieprawidłową komunikacją. Proces ten wymaga wykorzystania programów automatyzujących odczyt wskaźników KPI (ang. Key Performance Indicator) oraz narzędzi do wizualizacji pozyskanych danych. Takie podejście do analizy systemowej nie tylko umożliwia planowanie prac cleanup w prosty i szybki sposób, czy dynamiczne dostosowywanie planów prac do potrzeb ekip terenowych, ale również pozwala na monitorowanie wskaźników odczytowych na wszystkich obszarach instalacyjnych i reagowanie na spadki wskaźników KPI.
Diagnostyka zakłóceń wpływających na komunikację PLC
Bez względu na przyczyny zakłóceń komunikacji PLC, niezbędnym i podstawowym działaniem jest wykonanie pomiarów zakłóceń elektromagnetycznych oraz analizy ruchu sieciowego w wytypowanych wcześniej punktach pomiarowych. Pomiary zakłóceń elektromagnetycznych wykonywane są z wykorzystaniem analizatorów widma, które w czasie rzeczywistym przedstawiają charakter oraz amplitudę zakłóceń. Analiza ruchu sieciowego odbywa się z wykorzystaniem snifferów sieciowych i wymaga wiedzy na temat działania technologii PLC. Dzięki niej uzyskujemy informacje na temat stanu sieci, jakości połączenia, wykorzystanej modulacji oraz o innych kluczowych parametrach warstwy PLC w podziale na każde urządzenie znajdujące się w rejonie danego punktu pomiarowego. Poprawnie przeprowadzona diagnostyka i analiza pomiarów opierająca się na doświadczeniu i znajomości technologii sprawia, że OSD (zanim wejdzie w interakcję z klientem umownym przy wsparciu ekspertów lub zespołów wdrożeniowych posiada wiedzę, czy przyczyną problemów są zakłócenia uniemożliwiające pozyskiwanie danych pomiarowych, czy tłumienność sygnału wynikająca z dużej odległości pomiędzy koncentratorem danych a licznikami lub ze słabej jakości infrastruktury sieci niskich napięć spowodowanej np. dużą liczbą muf kablowych.
Bazując na wieloletniej praktyce, możemy jednoznacznie stwierdzić, że najczęstszym problem pozyskiwania danych pomiarowych są zakłócenia wprowadzane do sieci operatora przez urządzenia niekompatybilne elektromagnetycznie z urządzeniami wykorzystującymi do komunikacji interfejs PLC. Na ogół są to urządzenia zasilane z obwodów administracyjnych budynku, czy sprzęt elektroniczny zlokalizowany w lokalach usługowych. Rzadko są to odbiorniki, które znajdują się u indywidualnych klientów końcowych. W przeprowadzonych do tej pory wdrożeniach, najczęściej zdiagnozowane zakłócenia wynikały ze stosowania:
- falowników,
- zasilaczy awaryjnych UPS,
- stacji bazowych operatorów telekomunikacyjnych,
- pomp ciepłej wody oraz centralnego ogrzewania,
- oświetlenia LED na klatkach schodowych oraz w windach.
Diagnostyka i zidentyfikowanie źródła zakłócenia wiąże się często z kilkukrotną wizytą ekip terenowych na stacji transformatorowej. Zazwyczaj pierwszy etap prac terenowych obejmuje weryfikację zasilania oraz pomiary w stacji oraz w złączach kablowych. Wszystkie pomiary wykonywane są z zachowaniem obowiązujących procedur bezpieczeństwa, a urządzenia pomiarowe podłączane są przez wykwalifikowany personel OSD. Kolejny etap diagnostyki wiąże się z interakcją z klientem umownym. Sytuacja ta ma miejsce, gdy pomiary przeprowadzane są w instalacji wewnętrznej, czyli w rozdzielniach administracyjnych budynków. Wtedy też dokonywane są selektywne wyłączenia poszczególnych obwodów pod nadzorem osoby technicznej ze strony klienta końcowego. Celem tak prowadzonej diagnostyki jest znalezienie konkretnego urządzenia, bądź urządzeń wprowadzających ponadnormatywne zakłócenia.
Co ciekawe, bardzo często spotykane zakłócenia zależą od typu zabudowań, w jakich zainstalowano LZO. Przykładowo, w starych kamienicach przed modernizacją, ciężko szukać falowników, które sterują wentylacją i mogą wprowadzać szerokopasmowe zakłócenia do sieci niskiego napięcia. Zazwyczaj w takich budynkach mamy do czynienia z zakłóceniami pochodzącymi z hydrowęzłów oraz zużytego oświetlenia na klatkach schodowych. W nowym budownictwie, gdzie liczba urządzeń i stopień rozbudowania rozdzielnicy administracyjnej są większe, możemy spotkać szereg zakłóceń o różnym charakterze całkowicie uniemożliwiających poprawną komunikację pomiędzy licznikami a koncentratorem danych.
Sposoby na poprawę wskaźników odczytowych
Biorąc pod uwagę ilość zakłóceń, ich charakter oraz poziom zrozumienia i wyedukowania klienta umownego w temacie technologii zdalnego odczytu, kolejnym krokiem procesu cleanup, jest zarekomendowanie optymalnego rozwiązania poprawy wskaźników odczytowych. Z jednej strony ma ono wyeliminować wpływ zakłócenia na pozyskiwanie danych odczytowych przez koncentrator danych. Z drugiej strony – nie obciążać klienta dużymi kosztami związanymi z usunięciem zakłócenia. Istnieje kilka rozwiązań, za które odpowiedzialność może ponosić OSD, wykonawca oraz klient. Najlepszym z nich jest wymiana wadliwego urządzenia przez klienta umownego. Inną metodą rekomendowaną dla klienta końcowego jest montaż filtrów EMC, których zadaniem jest obniżenie poziomu zakłóceń do poziomu pozwalającego na poprawną propagację sygnału PLC. Zakres filtracji dedykowanych filtrów może wynosić od 3 kHz do 500 kHz.
Ze względu na ściśle określone terminy na cleanup dla poszczególnych obszarów instalacyjnych oraz utrudnioną interakcję z klientem, stosuje się również inne metody, które w pewnym stopniu poprawiają wskaźniki odczytowe lub – w niektórych sytuacjach – sprawiają, że wymiana urządzenia przez drugą stronę nie będzie konieczna. Wszystkie rekomendacje oraz ich wdrożenie leżą w gestii wykonawcy przy wsparciu OSD. Jednym ze stosowanych rozwiązań jest montaż repeatera, który może zwiększyć skuteczność pozyskiwania danych pomiarowych z określonej populacji liczników. Należy przy tym pamiętać, że repeater pod kątem interfejsu komunikacyjnego jest takim samym urządzeniem, jak licznik zdalnego odczytu w technologii PLC. W związku z tym będzie tak samo wrażliwy na interferencję oraz zakłócenia.
Zaletą technologii PLC, którą można wykorzystywać i adaptować do aktualnych warunków na sieci niskiego napięcia i napotkanych zakłóceń, jest możliwość zmiany pasma wykorzystywanego do komunikacji. W przypadku zakłóceń w podstawowym paśmie do transmisji danych, w szybki sposób jesteśmy w stanie sparametryzować daną grupę urządzeń na pasmo, w którym te zakłócenia nie są generowane. Zastosowanie tego rozwiązania prowadzi często do szybkich i stałych rezultatów, a także pozwala ominąć procedury administracyjne po stronie firm trzecich.
W skrajnych przypadkach, gdy liczba źródeł zakłóceń jest duża, proces formalno-administracyjny opóźnia się ze względu na skomplikowane procedury wewnętrzne klienta umownego (wymiana urządzeń wiąże się z dużymi kosztami, więc wymaga akceptacji) lub gdy wszystkie inne możliwości eliminacji wpływu zakłócenia na transmisję zostały wyczerpane, zapada decyzja o zastosowaniu komunikacji zastępczej, jaką jest LTE. Jest to możliwe, ponieważ montowane LZO posiadają miejsce na instalację dedykowanego modemu obsługującego komunikację 4G.
Podsumowanie Udane wdrożenie technologii PLC jest niemożliwe do przeprowadzenia bez odpowiednio wypracowanego procesu cleanup, na który składa się szereg prac, jakie musi wykonać zespół wdrożeniowy we współpracy z OSD. Aby osiągnąć wymagane w rozporządzeniu w sprawie systemu pomiarowego wskaźniki skuteczności pozyskiwania danych pomiarowych przy jednoczesnym zbieraniu coraz to większego wolumenu danych w profilach 15-minutowych, podczas wdrażania LZO niezbędna jest współpraca OSD z partnerem, który posiada duże doświadczenie i potrafi przeprowadzić głęboką, świadomą analizę problemów.
Autorzy:
Adam Olszewski, Piotr Wądołowski, Sekcja Inteligentnych Sieci – Smart Grids, Krajowa Izba Gospodarcza Elektroniki i Telekomunikacji
Artykuł ukazał się w wydaniu 2/2024 „Nowa Energia”
