Internet Of Thingsin hyödynnettävyys sähkönjakeluverkon kunnossapidossa
Rauhalammi, Iiris (2020)
Diplomityö
Rauhalammi, Iiris
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020051838169
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020051838169
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tarkasteltiin Internet of Thingsin hyödynnettävyyttä osana sähkönjakeluverkon kunnossapitoa. Työn aikana tarkasteltiin niitä reunaehtoja, mitä sähkönjakelualalle asetetaan sähköverkon kunnossapidon osalta laissa, määräyksissä ja suosituksissa. Tämän lisäksi tarkasteltiin, mitä vaatimuksia toimintaympäristö asettaa IoT -ratkaisuiden hyödyntämiselle osana sähköverkon kunnossapitoa. Näiden vaatimusten ja suositusten pohjalta koostettiin näkemys tärkeistä asioista, mitkä tulisi huomioida sensoriratkaisua hankittaessa.
Osana diplomityötä, koostettiin malli sille, minkälainen IoT -ratkaisuiden kokonaisarkkitehtuurin tulisi olla. Mallissa otettiin huomioon se, että IoT -ratkaisuiden toimittajia voi olla useita. Kumminkin kaikki IoT -ratkaisuista saatava data olisi hyvä pystyä käsittelemään yhdessä tiedonkäsittely-ympäristössä ja niin, että tiedonkäsittely olisi ketterää eikä tiedonkäsittely-ympäristöstä tulisi raskas.
IoT -ratkaisuiden kannattavuutta tarkasteltiin työssä kannattavuuslaskennan näkökulmasta. Työssä esitettyä kannattavuuslaskentamallia voidaan jatkossa hyödyntää, kun harkitaan IoT -ratkaisun hankkimista. Kannattavuuslaskennan pohjalta pystyttiin jo työn aikana tunnistamaan niitä kohtia, mihin tulisi erityisesti kiinnittää huomiota, kun IoT -ratkaisuita ollaan hankkimassa. Näitä oli tiedonsiirtokustannukset, jotka muodostavat elinkaariodotteen ajalle jatkuvan kustannuksen, ja virtalähteen sekä sensorin elinikäodotteen aiheuttamat lisäkustannukset IoT -ratkaisun kokonaiselinkaaren ajalle.
Työn aikana pilotoitiin muutamaa IoT -ratkaisua jakelu- ja alueverkossa. Pilotin aikana opittiin hyödyllisiä oppeja IoT -ratkaisuista ja niiden hankkimisesta. Pilotin pohjalta pystyttiin tunnistamaan muutama sensori, joiden pilotointia olisi hyvä jatkaa vielä pidempää. Hyödyllistä tietoa saatiin pilotin aikana ilman kosteus ja lämpötila -sensorilta. Tämän lisäksi hyvää potentiaalia jatkopilotoinnin näkökulmasta nähtiin valoisuus -sensorilla. Pilotissa koettiin paljon tiedonsiirrollisia katkoja, jolloin sensoreiden tuottama mittausdata menetettiin. Pilotin yksi tärkeimmistä opeista oli se, että sensoreiden tuottama mittausdata tulisi saada mahdollisimman nopeasti asiakkaan omaan käsittely-ympäristöön, jotta mahdolliset ongelmat voidaan huomata mahdollisimman nopeasti ja jotta sensoreiden vastaavuus haluttuun käyttötapaukseen saadaan todennettua mahdollisimman pian.
Diplomityössä laadittiin näkemys siitä, miten IoT teknologia olisi hyödynnettävissä sähkönjakeluverkossa. IoT -ratkaisuiden hankintaan pystytiin jatkoa ajatellen muodostamaan hankintamalli sekä skaalautuvuusmalli sille, miten IoT -ratkaisuita tulisi laajentaa pilotoinnin jälkeen useampaan sähkönjakeluverkon kohteeseen. Skaalautuvuusmallin näkökulmasta tarkasteltiin vielä se, miten pilotista tulisi jatkaa eteenpäin. Skaalautuvuusmallin näkökulmasta suositeltavaa olisi laajentaa pilotointia useammalle sähköverkon kohteelle ilman kosteus, lämpötila ja valoisuus -sensorin osalta. Seuraavassa pilotissa tulisi erityisesti kiinnittää huomiota tiedonsiirtoyhteyteen ja siihen, että sensoreiden tuottama mittausdata saadaan mahdollisimman nopeasti omaan käsittely-ympäristöön.
Kaiken kaikkiaan voidaan todeta, että IoT:ssa on paljon potentiaalia, kun ajatellaan sähkönjakeluverkon kunnossapitoa. Tulevaisuudessa sensoreiden tuottaman mittausdatan pohjalta voidaan järkevöittää nykyisiä maastotarkastusten tarkastusvälejä ja saada ajantasaisempi kuva kohteen kunnosta. This Master’s Thesis examined the usability of the Internet of Things as part of the maintenance of the electricity distribution network. During this thesis the boundary conditions set by the law, regulations and recommendations for electricity distribution sector regarding of maintenance were examined. In addition, the requirements set by operating environment were examined also. Based on these requirements and recommendations conclusions were made on what are the important issues that should be considered when purchasing an IoT -solution.
As part of this Master’s Thesis a model was developed for overall architecture of IoT solutions. The model took into account the fact that there may be several vendors for IoT solutions. Either way these should be handled in the same information environment. This environment should also be agile.
The profitability of IoT solutions was examined with profitability calculations. The probability calculation model presented in this thesis can be utilized in the future when considering the acquisition of an IoT solution. Based on the profitability calculations it was already possible to identify points on which should be given special attention when IoT solutions are being acquired. These included the data transmission costs which represent a continuous cost over the life cycle and additional cost of the power supply and sensor during the life cycle of the IoT solution.
During this thesis few IoT solutions were piloted in the distribution and local area network. During this pilot useful lessons were learned about IoT solutions and how to best obtain them. On the basis of the pilot few sensors could be identified as potential sensors and it would be useful to continue piloting these longer. Useful information was obtained during the pilot from the air humidity sensor and the temperature sensor. In addition to these good potentials was found in light sensor. There was a lot of data interrupts in the pilot leading to loss of measurement data. One of the key lessons from the pilot was that the measurement data generated by the sensors should be brought into the customer’s own processing environment as soon as possible. This would mean that many problems could be detected as quickly as possible and the desired use case could be verified also.
This thesis provided a view on how IoT technology could be utilized in the electricity distribution network. There is now a model of how to approach acquisition of IoT solutions and scalability model for how IoT solutions should be extended to more locations into the power distribution network. From the scalability model's point of view, it would be advisable to extend the piloting to more objects in the power grid for the humidity, temperature and light sensor. In the next pilot, particular attention should be paid to the communication link and to ensuring that the measurement data produced by the sensors is transferred to their own processing environment as quickly as possible.
All and all IoT has a lot of potential when it comes to maintaining a power distribution network. In the future based on the measurement data produced by the sensors it will be possible to rationalize the current inspection intervals for field inspections and to obtain a more up to date picture of the condition of the objects in electrical network.
Osana diplomityötä, koostettiin malli sille, minkälainen IoT -ratkaisuiden kokonaisarkkitehtuurin tulisi olla. Mallissa otettiin huomioon se, että IoT -ratkaisuiden toimittajia voi olla useita. Kumminkin kaikki IoT -ratkaisuista saatava data olisi hyvä pystyä käsittelemään yhdessä tiedonkäsittely-ympäristössä ja niin, että tiedonkäsittely olisi ketterää eikä tiedonkäsittely-ympäristöstä tulisi raskas.
IoT -ratkaisuiden kannattavuutta tarkasteltiin työssä kannattavuuslaskennan näkökulmasta. Työssä esitettyä kannattavuuslaskentamallia voidaan jatkossa hyödyntää, kun harkitaan IoT -ratkaisun hankkimista. Kannattavuuslaskennan pohjalta pystyttiin jo työn aikana tunnistamaan niitä kohtia, mihin tulisi erityisesti kiinnittää huomiota, kun IoT -ratkaisuita ollaan hankkimassa. Näitä oli tiedonsiirtokustannukset, jotka muodostavat elinkaariodotteen ajalle jatkuvan kustannuksen, ja virtalähteen sekä sensorin elinikäodotteen aiheuttamat lisäkustannukset IoT -ratkaisun kokonaiselinkaaren ajalle.
Työn aikana pilotoitiin muutamaa IoT -ratkaisua jakelu- ja alueverkossa. Pilotin aikana opittiin hyödyllisiä oppeja IoT -ratkaisuista ja niiden hankkimisesta. Pilotin pohjalta pystyttiin tunnistamaan muutama sensori, joiden pilotointia olisi hyvä jatkaa vielä pidempää. Hyödyllistä tietoa saatiin pilotin aikana ilman kosteus ja lämpötila -sensorilta. Tämän lisäksi hyvää potentiaalia jatkopilotoinnin näkökulmasta nähtiin valoisuus -sensorilla. Pilotissa koettiin paljon tiedonsiirrollisia katkoja, jolloin sensoreiden tuottama mittausdata menetettiin. Pilotin yksi tärkeimmistä opeista oli se, että sensoreiden tuottama mittausdata tulisi saada mahdollisimman nopeasti asiakkaan omaan käsittely-ympäristöön, jotta mahdolliset ongelmat voidaan huomata mahdollisimman nopeasti ja jotta sensoreiden vastaavuus haluttuun käyttötapaukseen saadaan todennettua mahdollisimman pian.
Diplomityössä laadittiin näkemys siitä, miten IoT teknologia olisi hyödynnettävissä sähkönjakeluverkossa. IoT -ratkaisuiden hankintaan pystytiin jatkoa ajatellen muodostamaan hankintamalli sekä skaalautuvuusmalli sille, miten IoT -ratkaisuita tulisi laajentaa pilotoinnin jälkeen useampaan sähkönjakeluverkon kohteeseen. Skaalautuvuusmallin näkökulmasta tarkasteltiin vielä se, miten pilotista tulisi jatkaa eteenpäin. Skaalautuvuusmallin näkökulmasta suositeltavaa olisi laajentaa pilotointia useammalle sähköverkon kohteelle ilman kosteus, lämpötila ja valoisuus -sensorin osalta. Seuraavassa pilotissa tulisi erityisesti kiinnittää huomiota tiedonsiirtoyhteyteen ja siihen, että sensoreiden tuottama mittausdata saadaan mahdollisimman nopeasti omaan käsittely-ympäristöön.
Kaiken kaikkiaan voidaan todeta, että IoT:ssa on paljon potentiaalia, kun ajatellaan sähkönjakeluverkon kunnossapitoa. Tulevaisuudessa sensoreiden tuottaman mittausdatan pohjalta voidaan järkevöittää nykyisiä maastotarkastusten tarkastusvälejä ja saada ajantasaisempi kuva kohteen kunnosta.
As part of this Master’s Thesis a model was developed for overall architecture of IoT solutions. The model took into account the fact that there may be several vendors for IoT solutions. Either way these should be handled in the same information environment. This environment should also be agile.
The profitability of IoT solutions was examined with profitability calculations. The probability calculation model presented in this thesis can be utilized in the future when considering the acquisition of an IoT solution. Based on the profitability calculations it was already possible to identify points on which should be given special attention when IoT solutions are being acquired. These included the data transmission costs which represent a continuous cost over the life cycle and additional cost of the power supply and sensor during the life cycle of the IoT solution.
During this thesis few IoT solutions were piloted in the distribution and local area network. During this pilot useful lessons were learned about IoT solutions and how to best obtain them. On the basis of the pilot few sensors could be identified as potential sensors and it would be useful to continue piloting these longer. Useful information was obtained during the pilot from the air humidity sensor and the temperature sensor. In addition to these good potentials was found in light sensor. There was a lot of data interrupts in the pilot leading to loss of measurement data. One of the key lessons from the pilot was that the measurement data generated by the sensors should be brought into the customer’s own processing environment as soon as possible. This would mean that many problems could be detected as quickly as possible and the desired use case could be verified also.
This thesis provided a view on how IoT technology could be utilized in the electricity distribution network. There is now a model of how to approach acquisition of IoT solutions and scalability model for how IoT solutions should be extended to more locations into the power distribution network. From the scalability model's point of view, it would be advisable to extend the piloting to more objects in the power grid for the humidity, temperature and light sensor. In the next pilot, particular attention should be paid to the communication link and to ensuring that the measurement data produced by the sensors is transferred to their own processing environment as quickly as possible.
All and all IoT has a lot of potential when it comes to maintaining a power distribution network. In the future based on the measurement data produced by the sensors it will be possible to rationalize the current inspection intervals for field inspections and to obtain a more up to date picture of the condition of the objects in electrical network.