Published January 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
An Efficient LoRa-Enabled Smart Fault Detection and Monitoring Platform for the Power Distribution System Using Self-Powered IoT Devices
- 1. University of Rwanda
- 2. Egerton University
- 3. State University of Zanzibar
Description
Transient stability and supply disturbances are common yet unwelcome phenomena in power distribution systems, particularly in sub-Saharan Africa. The growing demand for greater reliability and dependability in power delivery has aroused the interest of researchers and renewed the pursuit of advanced technological solutions for fault detection and location determination at medium and low-voltage levels. The length of the distribution network typically ranges from hundreds to thousands of kilometers. In this regard, the management of distribution networks, including the identification of faulty segments, is a significant recurrent challenge facing power-system operators. With the ever-expanding distribution network and regulatory demands for service reliability, the challenge for network operators is daunting. However, the deployment of IoT technologies in the energy distribution infrastructure would significantly accelerate the detection and location of faults, thus transforming the electricity delivery service into one that is responsive, communicative, attractive, and robust. This study proposes, designs, and implements a reasonably priced LoRaWAN-based IoT platform for monitoring distribution networks. The study was conducted in Nakuru County, Kenya on an actual and active distribution network owned and managed by Kenya Power Company. Experimental results showed that a trigger is generated at the network-monitoring center in about 100 msec of the occurrence of a fault on the distribution network, thus enabling quick, prompt, and immediate commencement of reparative action. Furthermore, practical evaluation has shown that this platform is well adapted for the context of developing countries where budgetary constraints and cost prohibitions hinder the upgrade of the legacy grid into fully-fledged smart entities.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد الاستقرار العابر واضطرابات الإمداد ظاهرة شائعة ولكنها غير مرحب بها في أنظمة توزيع الطاقة، لا سيما في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى. أثار الطلب المتزايد على قدر أكبر من الموثوقية والاعتمادية في توصيل الطاقة اهتمام الباحثين وجدد السعي وراء حلول تكنولوجية متقدمة للكشف عن الأخطاء وتحديد الموقع على مستويات الجهد المتوسط والمنخفض. يتراوح طول شبكة التوزيع عادة من مئات إلى آلاف الكيلومترات. في هذا الصدد، تعد إدارة شبكات التوزيع، بما في ذلك تحديد القطاعات المعيبة، تحديًا كبيرًا متكررًا يواجه مشغلي أنظمة الطاقة. مع التوسع المستمر في شبكة التوزيع والمطالب التنظيمية لموثوقية الخدمة، فإن التحدي الذي يواجه مشغلي الشبكات أمر شاق. ومع ذلك، فإن نشر تقنيات إنترنت الأشياء في البنية التحتية لتوزيع الطاقة من شأنه أن يسرع بشكل كبير من اكتشاف الأخطاء وتحديد موقعها، وبالتالي تحويل خدمة توصيل الكهرباء إلى خدمة سريعة الاستجابة ومتصلة وجذابة وقوية. تقترح هذه الدراسة وتصمم وتنفذ منصة إنترنت الأشياء القائمة على LoRaWAN بأسعار معقولة لمراقبة شبكات التوزيع. أجريت الدراسة في مقاطعة ناكورو بكينيا على شبكة توزيع فعلية ونشطة تملكها وتديرها شركة كينيا للطاقة. أظهرت النتائج التجريبية أنه يتم إنشاء مشغل في مركز مراقبة الشبكة في حوالي 100 مللي ثانية من حدوث عطل في شبكة التوزيع، وبالتالي تمكين البدء السريع والفوري في العمل التعويضي. علاوة على ذلك، أظهر التقييم العملي أن هذه المنصة مكيفة بشكل جيد لسياق البلدان النامية حيث تعيق قيود الميزانية وحظر التكاليف ترقية الشبكة القديمة إلى كيانات ذكية كاملة.Translated Description (French)
La stabilité transitoire et les perturbations de l'approvisionnement sont des phénomènes courants mais indésirables dans les systèmes de distribution d'électricité, en particulier en Afrique subsaharienne. La demande croissante pour une plus grande fiabilité et fiabilité dans la fourniture d'énergie a suscité l'intérêt des chercheurs et renouvelé la recherche de solutions technologiques avancées pour la détection des pannes et la détermination de la localisation à des niveaux de moyenne et basse tension. La longueur du réseau de distribution varie généralement de centaines à des milliers de kilomètres. À cet égard, la gestion des réseaux de distribution, y compris l'identification des segments défectueux, est un défi récurrent important auquel sont confrontés les opérateurs de systèmes électriques. Avec le réseau de distribution en constante expansion et les exigences réglementaires en matière de fiabilité des services, le défi pour les opérateurs de réseau est redoutable. Cependant, le déploiement des technologies IoT dans l'infrastructure de distribution d'énergie accélérerait considérablement la détection et la localisation des pannes, transformant ainsi le service de fourniture d'électricité en un service réactif, communicatif, attrayant et robuste. Cette étude propose, conçoit et met en œuvre une plate-forme IoT basée sur LoRaWAN à prix raisonnable pour la surveillance des réseaux de distribution. L'étude a été menée dans le comté de Nakuru, au Kenya, sur un réseau de distribution réel et actif détenu et géré par Kenya Power Company. Les résultats expérimentaux ont montré qu'un déclencheur est généré au centre de surveillance du réseau dans environ 100 msec de l'apparition d'une panne sur le réseau de distribution, permettant ainsi le début rapide, rapide et immédiat d'une action réparatrice. En outre, une évaluation pratique a montré que cette plateforme est bien adaptée au contexte des pays en développement où les contraintes budgétaires et les interdictions de coûts entravent la mise à niveau de l'ancien réseau en entités intelligentes à part entière.Translated Description (Spanish)
La estabilidad transitoria y las perturbaciones del suministro son fenómenos comunes pero no deseados en los sistemas de distribución de energía, particularmente en el África subsahariana. La creciente demanda de una mayor fiabilidad y fiabilidad en el suministro de energía ha despertado el interés de los investigadores y renovado la búsqueda de soluciones tecnológicas avanzadas para la detección de fallos y la determinación de la ubicación a niveles de media y baja tensión. La longitud de la red de distribución suele oscilar entre cientos y miles de kilómetros. En este sentido, la gestión de las redes de distribución, incluida la identificación de segmentos defectuosos, es un importante desafío recurrente al que se enfrentan los operadores de sistemas de energía. Con la red de distribución en constante expansión y las demandas regulatorias de confiabilidad del servicio, el desafío para los operadores de red es desalentador. Sin embargo, el despliegue de tecnologías IoT en la infraestructura de distribución de energía aceleraría significativamente la detección y localización de fallas, transformando así el servicio de suministro de electricidad en uno que sea receptivo, comunicativo, atractivo y robusto. Este estudio propone, diseña e implementa una plataforma IoT basada en LoRaWAN a un precio razonable para monitorear las redes de distribución. El estudio se realizó en el condado de Nakuru, Kenia, en una red de distribución real y activa propiedad y gestionada por Kenya Power Company. Los resultados experimentales mostraron que se genera un desencadenante en el centro de monitoreo de red en aproximadamente 100 mseg de la ocurrencia de una falla en la red de distribución, lo que permite un inicio rápido, rápido e inmediato de la acción reparadora. Además, la evaluación práctica ha demostrado que esta plataforma está bien adaptada para el contexto de los países en desarrollo donde las restricciones presupuestarias y las prohibiciones de costos obstaculizan la actualización de la red heredada en entidades inteligentes de pleno derecho.Files
09817137.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:391eca39ecb379df62d635d3ee18caa4
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- منصة ذكية فعالة للكشف عن الأخطاء ومراقبتها تعمل بنظام LoRa لنظام توزيع الطاقة باستخدام أجهزة إنترنت الأشياء ذاتية التشغيل
- Translated title (French)
- Une plate-forme intelligente de détection et de surveillance des pannes LoRa efficace pour le système de distribution d'énergie utilisant des dispositifs IoT auto-alimentés
- Translated title (Spanish)
- Una eficiente plataforma inteligente de detección y monitoreo de fallas habilitada para LoRa para el sistema de distribución de energía que utiliza dispositivos IoT autoalimentados
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4285209889
- DOI
- 10.1109/access.2022.3189002
References
- https://openalex.org/W1129877405
- https://openalex.org/W1712273250
- https://openalex.org/W1974189984
- https://openalex.org/W1977375299
- https://openalex.org/W1986270094
- https://openalex.org/W2025725303
- https://openalex.org/W2036354104
- https://openalex.org/W2038383652
- https://openalex.org/W2059861451
- https://openalex.org/W2064866314
- https://openalex.org/W2072641892
- https://openalex.org/W2072897126
- https://openalex.org/W2108785395
- https://openalex.org/W2111845364
- https://openalex.org/W2119652571
- https://openalex.org/W2127269160
- https://openalex.org/W2136722496
- https://openalex.org/W2149737238
- https://openalex.org/W2157070880
- https://openalex.org/W2164158838
- https://openalex.org/W2188301504
- https://openalex.org/W2315986283
- https://openalex.org/W2464714871
- https://openalex.org/W2491804929
- https://openalex.org/W2495242960
- https://openalex.org/W2499400668
- https://openalex.org/W2504762788
- https://openalex.org/W2512849567
- https://openalex.org/W2520480241
- https://openalex.org/W2533678064
- https://openalex.org/W2536396774
- https://openalex.org/W2577981071
- https://openalex.org/W2586181304
- https://openalex.org/W2605514572
- https://openalex.org/W2757378782
- https://openalex.org/W2772929437
- https://openalex.org/W2781583119
- https://openalex.org/W2790273624
- https://openalex.org/W2792488536
- https://openalex.org/W2794586682
- https://openalex.org/W2801059316
- https://openalex.org/W2803514362
- https://openalex.org/W2809803840
- https://openalex.org/W2824069844
- https://openalex.org/W2883571816
- https://openalex.org/W2896725878
- https://openalex.org/W2911227629
- https://openalex.org/W2911313844
- https://openalex.org/W2913646974
- https://openalex.org/W2923987826
- https://openalex.org/W2936823345
- https://openalex.org/W2939721299
- https://openalex.org/W2954866663
- https://openalex.org/W2963422046
- https://openalex.org/W2964688480
- https://openalex.org/W2966590601
- https://openalex.org/W2974579816
- https://openalex.org/W2979821119
- https://openalex.org/W2990434242
- https://openalex.org/W3002268240
- https://openalex.org/W3003509724
- https://openalex.org/W3010095055
- https://openalex.org/W3023164827
- https://openalex.org/W3028787851
- https://openalex.org/W3040962006
- https://openalex.org/W3046189524
- https://openalex.org/W3081582540
- https://openalex.org/W3083272947
- https://openalex.org/W3094956003
- https://openalex.org/W3104797473
- https://openalex.org/W3110061496
- https://openalex.org/W3126182524
- https://openalex.org/W3126694049
- https://openalex.org/W3132380007
- https://openalex.org/W3134151912
- https://openalex.org/W3135505886
- https://openalex.org/W3141859254
- https://openalex.org/W3152412997
- https://openalex.org/W3154463396
- https://openalex.org/W3159328822
- https://openalex.org/W3173478132
- https://openalex.org/W3173893307
- https://openalex.org/W3199553250
- https://openalex.org/W4205413631
- https://openalex.org/W4205953908
- https://openalex.org/W4244215067
- https://openalex.org/W4244760310
- https://openalex.org/W4249818513