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VOLTAGE OPTIMIZATION WITH AMI Bruce Lovelin, P.E. – Central Lincoln Melissa Peskin, P.E. – DVI

VOLTAGE OPTIMIZATION WITH AMI - TechAdvantage · • National Service Voltage Standard (ANSI C84.1) ... Voltage Optimization with AMI 28. QUESTIONS? Voltage Optimization with AMI

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VOLTAGE OPTIMIZATION WITH AMIBruce Lovelin, P.E. – Central Lincoln

Melissa Peskin, P.E. – DVI

PRESENTATION OUTLINE

• Background• Pilot Project• Project Phases• Results and Lessons Learned• Next Steps• Q & A

Voltage Optimization with AMI 2

CENTRAL LINCOLN

• Formed in 1940• Serving 38,600 customers• 120 miles of Oregon coastline• 700 square miles• 4th largest Oregon electric 

utility• 270 MW Peak Load• 130 employees• Winters ‐Wet, Wild, Windy

Voltage Optimization with AMI 3

ABOUT THE PROJECTDOE Smart Grid Investment Grant

• Landis+Gyr AMI system• CVR pilot• Other grid modernization

BPA Energy Conservation and Incentives Program• DVI (L+G partner) selected for CVR pilot• Pilot began March 2013

Voltage Optimization with AMI 4

BACKGROUND

What is Voltage Optimization using AMI? By reducing distribution feeder voltage and actively monitoring service voltage, Voltage Optimization promises to reduce energy consumption. 

Voltage Optimization with AMI 5

BACKGROUNDWhat is Service Voltage? Voltage at point of delivery (at the meter) • National Service Voltage Standard (ANSI C84.1) 

– “Range A” or Normal Conditions: 114 V‐126 V – Allows ± 5% service voltage bandwidth 

• All electric devices operate properly 

Voltage Optimization with AMI 6

• Typical Urban “Feeder” operates in upper half (120‐126 V)

BACKGROUNDWhat is Service Voltage? Voltage at point of delivery (at the meter) • National Service Voltage Standard (ANSI C84.1) 

– “Range A” or Normal Conditions: 114 V‐126 V – Allows ± 5% service voltage bandwidth 

• All electric devices operate properly 

Voltage Optimization with AMI 7

• Typical Urban “Feeder” operates in upper half (120‐126 V)

• CVR Goal: Operate in lower half (114‐120 V) 

VO OPERATION

Voltage Optimization with AMI 8

PILOT SUBSTATION

Lincoln Beach substation• One LTC transformer• Two feeders• 1400 meters• Coastal community• High percentage of vacation homes

• 8 months heating annually• No A/C 

Voltage Optimization with AMI 9

PROJECT STRUCTURE

• Analyze historical AMI voltage• Perform targeted distribution improvements

• Operate CVR with near‐real‐time AMI feedback• Integrate with Survalent SCADA for LTC control

• Statistically determine CVR factor for pilot area• Calculate energy savings

Voltage Optimization with AMI 10

PLAN

VALIDATE

MANAGE

PLAN PHASE• EDGE Planner used to analyze meter population• Left tail of histogram shows existing low voltage

Voltage Optimization with AMI 11

UNDERSIZED METERBASE

• Residential meter feeding 20 RV sites

• Low voltage during vacation season

• Meterbase found to be undersized

• Load moved to site’s commercial service

Voltage Optimization with AMI 12

UNDERSIZED METERBASE

Voltage Optimization with AMI 13

MISSING TRANSFORMER• Transformer shown in GIS, missing in field• 5 additional meters added to next transformer via 120’ #2 aluminum triplex

• Transformer was replaced, improving voltage

Voltage Optimization with AMI 14

LOOPED SECONDARY

• Padmount transformer with 75’ underground secondary to riser pole

• 75’ overhead secondary feeding back to pole next to transformer

• 1 customer from riser pole, 3 customers from second pole

• Low voltage due to voltage drop across secondary

Voltage Optimization with AMI 15

HIGH VOLTAGE• Determined to be failing transformer• Serves 5 vacation homes• Transformer replaced with no complaints

Voltage Optimization with AMI 16

MANAGE PHASE• EDGE Manager runs inside SCADA network• Integrates with:

• Survalent SCADA• L+G Command Center

• Analyzes AMI data every 15 minutes• Adjusts LTC bandcenter up to every 2 hours

Voltage Optimization with AMI 17

MONITORING CVR• EDGE Manager dashboard enables staff to monitor customer and substation voltage

Voltage Optimization with AMI 18

CVR OPERATION• Low average kept within 117 – 118.5 volts• Bandcenter changes 2‐4 times per day

Voltage Optimization with AMI 19

ADAPTIVE BELLWETHER SETEDGE automatically adjusts for seasonal occupancy.

• Reads 23 bellwether meters every 15 minutes

• Listens for sags from all 1400 meters• Every 24 hours, bellwether set adapts based on voltage sags

Voltage Optimization with AMI 20

VALIDATE PHASE• EDGE Validator uses hourly data

• Bus voltage, MW• Temperature, relative humidity• CVR on/off

• ON hours paired with similar OFF hours

Voltage Optimization with AMI 21

CVR factor  = % Voltage% Energy

CVR FACTOR CALCULATION• CVR factor calculated for each pair of hours• Mean CVR factor used for substation• CVR factor used to calculate energy savings

Voltage Optimization with AMI 22

SAVINGS RESULTS

Voltage Optimization with AMI 23

Voltage Reduction

CVR Factor

Energy Savings

Summer 3.09% 0.43 1.49%Winter 2.35% 1.05 2.49%

• CVR factor better than expected• 0.36 expected based on zone and A/C %

• Weighted average savings = 2.15%• Projected annual savings = 2.42%

LESSONS LEARNED• Check SCADA bus voltage alarms

• SCADA alarm triggered by CVR voltage level

• Ensure LTC goes through neutral• High‐side tap adjusted to lower source voltage

• CVR voltage reads insignificant on AMI processing• Data frequency and quantity insignificant• Stored procedure improves processing

Voltage Optimization with AMI 24

PROJECT ASSESSMENT

• Good integration with existing systems

• Did not over‐operate LTC taps

• Robust measurement & verification

• No customer complaints

• Received well by BPA

Voltage Optimization with AMI 25

NEXT STEPS

• System Operations Impacts

• Customer Benefits

• Utility Revenue Impacts

• Resource Cost

Voltage Optimization with AMI 26

NEXT STEPS

Decision – Full System Implementation

• Up to 25 Substations

• 3 year project

• Begins Summer 2014

Voltage Optimization with AMI 27

ACKNOWLEDGEMENTSAcknowledgement: This material is based upon work supported by the 

Department of Energy under Award Number OE000370. 

Disclaimer: This report was prepared as an account of work sponsored by an agency of the United States Government. Neither the United States Government nor any agency thereof, nor any of their employees, makes any warranty, express or implied, or assumes any legal liability or responsibility for the accuracy, completeness, or usefulness of any information, apparatus, product, or process disclosed, or represents that its use would not infringe privately owned rights. Reference herein to any specific commercial product, process, or service by trade name, trademark, manufacturer, or otherwise does not necessarily constitute or imply its endorsement, recommendation, or favoring by the United States Government or any agency thereof. The views and opinions of authors expressed herein do not necessarily state or reflect those of the United States Government or any agency thereof. 

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QUESTIONS?

Voltage Optimization with AMI 29

Bruce Lovelin – Central Lincoln, [email protected]

Melissa Peskin – DVI, [email protected]