ETAP Integrated  Smart Grid Solution The Future of Power Systems  Engineering & Operation ‐ Today Innovation  Automation Collaboration © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Company 26 Years of Successful Growth

We Live and Breath ETAP

Headquarter Irvine, California

• • • •

Research & Development Testing & Quality Assurance Support & Training Engineering Services © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Tradition of Growth • Established in 1986 • Growth Rate of over 25% a Year  • Largest Power Systems Software Company – Worldwide 200+ Full‐Time Employees 500+ Sales and Support Staff • 100,000+ Licenses • Expertise from all Diverse Power Engineering Fields • Aggressive, Strategic and Agile R&D Division • Long‐Term Vision and Development Plan

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Global Network with  Local Support ETAP Europe

ETAP USA ETAP Corporate ETAP Central America

ETAP South America

ETAP China ETAP MENA ETAP India

Over 75 Sales Offices & Support Centers © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Industries

• • • • • • •

Consulting Firms Distribution Systems Transmission Systems Generation Plants Oil & Gas Commercial Buildings Mission Critical Facilities

• • • • • • •

Data Centers Manufacturing Renewable Energy / Microgrid Government Facilities Metals & Mining Transportation Universities & Institutes

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid Opportunities

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Indian Electricity  Sector Overview • Smart Grid Market driven by population ‐> growth • 1.2 billion (2011) – 17.5% of world population • 1.6 billion (2050)

• Installed capacity as of Jan 2013 • 211.766 GW • 5th Largest Electricity Sector

• Renewable capacity of 11.45% • December 2011 ‐ > 300 million citizens out of power • 1/3rd of rural population • 6% of urban population • Major shortage of electricity generation capacity being 4th largest energy consumer

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Indian Electricity  Sector Overview • Per capita average annual domestic electricity consumption  (2009) • 96 kWh in rural areas • 288 kWh in urban areas • 700 – 800 kWh in agricultural and industrial areas

• Worldwide per capita annual average • 2600kWh

• EU per capita annual average • 6200 kWh

• IEA estimates investment of at least $135 billion • Translates to 600 ‐ 1200 GW of new generation before 2050 • EU total generation capacity is 740 GW © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Indian Electricity  Sector Overview • Indian renewable energy sector is active and vibrant  especially wind energy • Dec 2011 saw 22.4 GW of renewable installation > total  power generation capacity of Austria • Network losses in India > 32% as of 2010 • Technical • Non‐Technical

• Network losses > 24% as of 2011 • Target • 17% by 2017 • 14% by 2022

• Challenge ‐ Success of network loss reduction dependent on  availability and collation of data  © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

United States  Electricity Overview • Smart Grid market driven by aging  infrastructure and ‘Just‐in‐time’ energy

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

United States  Electricity Overview • Germany energy model ‐ by 2050, 80 percent of power needs  will be provided by VRE and there will be no need  conventional spinning reserves • U.S. believes it requires conventional spinning reserves to be  operational to accommodate VRE  • Implementing the demand model could become more  challenging in the U.S. than in most other developed markets

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid 101

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

T&D Value Chain

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid:  Different Flavors for Different Tastes “ The basic concept of Smart Grid is to add  monitoring, analysis, control and  communication capabilities to the national  electric grid in order to improve reliability,  maximize capacity, increase energy efficiency,  include consumer participation and allow  diverse generation and storage options ”

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Grid Transformation

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid Goals • • • • •

Optimize assets and operate efficiently Self‐Healing Motivate & include customer Accommodate all generation and storage options Enable markets

Smart Applications in various domains • Transmission – Energy Management System • Distribution  – Distribution Management System • Consumer – Microgrid Master Controller

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Solution Architecture Embedded DER Management

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

The Devil in the Detail • Platform needed to support unified &  consolidated electrical network models • Model verification & validations tools • Bring together information from IT, Protection,  Transmission, Distribution and Customer  Microgrids • Network lifecycle and change management  system © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Integrated Solution Approach Design

• Intelligent Modeling Environment • Integrated Analysis Tools • Rule‐Based Driven Design 

Construction

• Engineering & Schematics • Equipment (Load, Cable, etc.) Management • Revisions & Version Control

Commission

• Information Management • Work Flow & Permits • Records Management

Operation

• Energy Management ‐ Real‐Time • Monitoring & “What If” Analysis • Automated Optimal Control

Maintenance

• Asset Management • Power Management Workflow  • Emergency Recovery © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

ETAP GRID

Transmission

Engineering Planning

Distribution

Microgrid

Power 

Power 

Power 

Simulator

Simulator

Simulator

Design

Energy 

Distribution 

Microgrid

Operations

Management 

Management 

Master 

Maintenance

System

System

Controller

Reliability

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

ETAP GRID Transmission Intelligent  Network  Builders & Views

Network  Analysis

Dynamics &  Transients

Transmission  Line

Energy  Management  System

Coordination /  Selectivity

One‐Line  Diagram

Load Flow

Transient  Stability

Line Parameters

Overcurrent  Coordination

Topology  Processing

Geospatial  Diagram

Short Circuit

Voltage Stability

Line Derating

Distance  Coordination

State Estimation

Contingency

Small Signal  Stability

Sag & Tension

Optimal Power  Flow

Automatic  Generation  Control Predictive  Network  Analysis Economic  Dispatch Interchange  Transaction  Scheduling Reserve  Monitoring

Unit  Commitment

Web‐Based Thin  Clients © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

ETAP GRID Distribution

Network Builders &  Views

Network Analysis

Optimization

Distribution Line

Coordination /  Selectivity

Distribution  Management System

Single Feeder 

Distribution 

Optimal 

Diagram

Load Flow

Power Flow

Geospatial 

Distribution 

Diagram

Short Circuit

Optimal Capacitor  Placement

Line Derating

Unbalanced State  Estimation

Switching Optimization

Sag & Tension

Predictive Distribution  Network Analysis &  Optimization

Distribution  Reliability Assessment

Load Allocation

Time‐Domain 

Fault Isolation & Service  Restoration

Line Parameters

Overcurrent  Coordination

Topology Processing

Underground Systems

Underground  Raceway

Substation  Ground Grid

Volt / Var Optimization

Power Flow

Switching Sequence  Management

Voltage Stability

Demand Response

Distributed Energy  Resource Modeling

Short‐Term Load  Forecasting

OMS/CIM/GIS Interface

Web‐Based Thin Clients

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

ETAP  Microgrid

Intelligent  Network Views &  Builders

Network Analysis

Optimization

Distributed Energy  Resource (DER)

Coordination /  Selectivity

One‐Line Diagram

Load Flow

Optimal Power  Flow

Solar & Wind

Geospatial  Diagram

Short Circuit

Switching  Optimization

Diesel

State Estimation

Fault Isolation &  Service  Restoration

Fuel Cell

Predictive  Network Analysis  & Optimization

Energy Storage  Devices

Volt / Var  Optimization

Reliability  Assessment

Time‐Domain  Power Flow

Overcurrent  Coordination

Microgrid Master  Controller

Topology  Processing

Switching  Sequence  Management

Demand Response

Short‐Term Load  Forecasting

Web‐Based Thin  Clients

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid Project:  Seattle City Light • 300,000+ pole mounted transformers and over 1 million  electrical junctions • Consolidated transmission and distribution model from  disparate (6) databases into one electrical database • Numerous data quality and consistency issues resolved • Incorporated detailed protection information • Implemented change management rules • Network model ready to be connected with real‐time  data

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Geospatial Network Topology

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Deficiencies in  Current Practice • Traditionally, Real‐Time systems use power system models that differ  considerably in detail and structure from the models used for offline  studies • Linkages between the different models are typically not maintained,  and the different models often have incompatible data formats  • Power system models for real‐time systems are typically much simpler  than the corresponding representations for offline power flow and  dynamics studies • State estimation is required in order to predict missing measurements. • Systems that use model calibration methods are ineffective for majority  of practical power networks since limited measurements are available • Identification & automatic filtering of errors in source of measurements (Source: NERC White Paper)

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Model Verification  & Validation (V&V) • • • • •

Planning and operating decisions are based on the results of power system  simulations Optimistic models can result in under‐investment or unsafe operating  conditions Pessimistic models can also lead to unnecessary capital investment,  thereby increasing the cost of electric power Realistic models are needed for ensuring reliable and economic power  system operation. Hence it is a very crucial phase Validate the network model with real‐time and/or archived data in order to  prepare a benchmarked model used for: • • • • • •

State estimation Monitoring Predictive simulation “what‐if” Forensic analysis Optimization Proactive contingency analysis & Remedial Actions

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Model Verification  & Validation (V&V) • Observe, Measure, Analyze actual behavior to understand  system behavior • Engineering judgment and generally accepted practices  applied to: • • • •

Measuring or testing components or systems  Selecting component models  Determining component model constants  Tuning the overall system 

• Validation means confirming that the simulated response  (whether for a component or the overall power system) to a  disturbance (steady‐state or transient) reasonably matches  the measured response to a similar disturbance

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Technology Breakthroughs 64‐Bit application Calculation engines utilize multiple cores New graphical package utilizing DirectX Dynamic network reduction techniques System Warehouse Dynamic feeder assignments & subsystem determination System capable of smooth operation with ‘Millions’ of  components and calculation times in ‘seconds’ • Common Information Model (CIM) XML interface • Faster than real‐time applications using proactive  algorithms and look‐ahead capability • Smart Grid technology exists and its within reach • • • • • • •

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

ETAP Microgrid & Active Distribution  Network Solution

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Forecast & Trends •

Reports / Forecast • 1.4 GW in  2011  – USD   3 Billion • 4.7 GW by 2017 – USD 17 Billion • 15 GW  by 2022 – USD 27 Billion



North America will capture majority of total capacity • Institutional / Campus • Commercial / Industrial and Community grids



Europe and Asia Pacific • Community grids

• • • •

Microgrid is not necessarily green energy mix ROI for both Microgrid developers and DNO’s Demand Response via Microgrids will fill in the gaps until other resources  come online, short‐term and long‐term due to delays in transmission  capacity and renewables projects Need to develop an integrated or comprehensive policy to create a vibrant,  viable market for customer driven Microgrid © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Microgrid Market •

Types • Hybrid • Off‐Grid • Grid Connected



Technology • • • • • •



Switchgears PV Inverters Battery Storage Flywheel Storage Capacitors Microturbines

Application • Campus • Commercial • Defense

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Distributed Energy Resources • Drivers for DERs: • • • • •

Regulations promoting reduced carbon emissions Viable renewable technology (wind and solar) Advancements in energy storage Energy independence Convergence of conventional generation capacity  and increasing system load

• DERs can be aggregated and used to transform  distributed generation into an efficient asset © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Microgrid Scale

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Benefits of Microgrids DNO, Utility Perspective • ‘Legos’ of the Smart Grid & many ‘Flavors’ • Distributed DMS Optimization & Control alleviating  complexity to install and maintain a central DMS. • Infrastructure Investment Deferral via reduction in peak grid  loading • Ancillary services (reserves, Hz & kV regulation) • Increased reliability for critical loads by localized system  islanding and/or load shedding optimization • Complex regulatory structures governing investor‐owned  utilities, cooperative utilities and municipal utilities can take  advantage of microgrids • Simplified protection system management

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Managing DERs • Mix of DERs along with traditional generation can  be included as: • Part of the DMS software offering a combined solution • Coordinated control between DMS and local microgrid master controllers

• ETAP offers both strategies as part of the DMS  solution. • Common platform for DMS and microgrid master  controller makes communication easier and  effortless. © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Solution Architecture Distributed DER Management Utility  ADN Customer  Microgrid

Utility  ADN

Utility  DMS Customer  Microgrid

Utility  ADN

ETAP Integrated DMS © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Solution Architecture Distributed DER Management Real‐Time Telemetry Total Loading Total Generation

DNO DMS

Signals  Load  Generation  Time Duration

DNO

Customer Microgrid Controller ESD PEV Critical  DER Loads

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Microgrid Management Economic Value Proposition • Cost of ownership ($/kWh) ↓ • C&I ↓ + O&M ↓ + Fuel ↓ • C&I ↓ • Power & Thermal Optimization • Volt / Var Control Optimization

• O&M ↓ • Demand Management / Peak Shaving / TOU Shifting • Fast & Optimal Load Shedding of Essential & Non‐Essential  Load • Operator Training “Go/ No Go” via Real‐Time Simulation

• Fuel ↓ •

Generation Optimization & Dispatch from Electrical & Thermal  perspective

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Benefits of Microgrids Example ‐ LBNL • 10 MW feeder and 6.2 MW average load.  • DER installed with 3 MW peak capacity. • Microgrid cost considered to be $129,000 • Case 0 (Base Case) • No DER and Microgrid Controller

• Case 1 • DER but no Microgrid Controller • Benefit of $ 15,862 / year

• Case 2 • DER with Microgrid Controller • Benefit of $ 34,829 / year

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Phased Approach

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Integrated Solution

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Microgrid Applications ETAP Microgrid Software Applications

Availability

Power System Analysis Tools

Yes

State Estimation

Yes

Alarm Processing & Notification

Yes

Web based Thin Clients

Yes

Predictive Simulation

Yes

Sequence of Events Playback

Yes

Data archiving & trending

Yes

Energy tracking and reporting

Yes

Geospatial layout of assets (optional)

Yes

Switching management

Yes

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Microgrid Applications ETAP Microgrid Software Applications

Availability

Demand  Response / Shedding

Yes

Generation / Demand Forecasting

Currently via Weather Service

Performance Monitoring

Yes

Island Detection / Frequency Control

Yes

Economic Dispatch / Fuel Only

Yes

Economic Dispatch / Market Pricing

In Progress

Energy storage device management

Requires vendor specific data

CHP Optimization

In Progress

Microturbine modeling

Requires vendor specific data

Fuel Cell modeling

Requires vendor specific data

Solar Thermal / CSP

Requires vendor specific data

Flywheels, SMES Storage, etc.

Requires vendor specific data © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Key Customer Microgrids 2012-2013

• ETAP Corporate Office, Irvine, USA • Solar, EV + Data Center Load

• B Braun Medical, Irvine, USA

Increasing  Complexity

• Solar, Cogen + Critical Medical Load

• University of California, Irvine, USA • Solar, EV, Meshed Distribution + Critical Load

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

University of California Irvine Campus (UCI)

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UCI Microgrid New 12kV  Microgrid Feeder

Amonix 836  kW CPV

8 level 2 EV  Chargers Central Plant: 8 chillers with TES Gas turbine: 15.8 MVA Steam turbine: 6.6  MVA

TES

180 kg/day H2 Station

UCIFL UCI

893kW Solar  Rooftop PV ZEV•NET

UCI  Substation 66kV/12kV

300 kW Fuel Cell  and Absorption  Chiller

Amonix 113kW CPV

ISGD  Smart  Grid  Project © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UC Irvine Microgrid Requirements • Where and how do we plan additional  renewable assets? • How do we measure kW and kvar available capacity,  manage load growth while maintaining system reliability? • How can we maximize generation usage and mix? • Can we safely maintain critical load given mix of generation  under islanded mode • How do we decide the optimal switching between multiple  feeders to balance feeders and loads? • Quick and easy to use model validation tools to benchmark  the microgrid model for improved decision making and  situation awareness

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UC Irvine Microgrid Requirements • Include static and dynamic behavior of the microgrid components such as inverters, Co‐gens, fuel cells, etc. • Optimize the overall network not just localized  improvements • Utilize real‐time, historical, and forecasted data for  optimization routines • Provides an easy to use operator interface • Complete system situational awareness using limited  metering points • Integrate with existing smart grid circuits • Optimize network under grid connected mode • Ensure critical load is running under islanded mode © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UC Irvine Microgrid Requirements • Fully integrated solution, automation with intelligence • Single platform for monitoring and simulation reduces complexity as well as maintenance and support • Developed under established QA program and backwards compatible. • Cost effective solution • Unlimited points / tags license • No additional cost

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UC Irvine Microgrid Requirements • Robust system architecture • Scalable modular design • Hardware independent platform • Multi-tiered user access management • Ultra high system availability & redundancy

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Designed for Owners,  Operators & Engineers

Engineers Operators

Owners / Managers © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

UCI Microgrid Real-Time Microgrid Evolution 2013

‐ Archived Data ‐ RT Data

+ UCI Microgrid Circuits

Predictive  Analysis Demand  Management

Phase 4 – Advanced  Applications

Model V&V

ISGD Smart  Grid Circuits

Phase 3 – Basic Applications

Develop ETAP  Model

Phase 2 ‐ Data Acquisition

Phase 1 ‐ Modeling

2014

Generation  Management Renewable  Energy  Management

© 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Smart Grid 3.0  Applications • State & Load Estimation based on CIS / Billing Profiles • Fault level control / reduction • Network reconfiguration • Substation reconfiguration • System islanding

• Contingency & Reliability Assessment with protection  settings • Failure Modes & Effects Analysis • Underground Raceway System thermal estimation • Power Quality analysis • Long‐term load forecast • Predictive equipment maintenance © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc. 

Questions ? Product Demo? Further Information? Tanuj Khandelwal, MSEE Vice President, Engineering & Product Development ETAP 17 Goodyear, Suite 100 Irvine, CA 92618 [email protected] (949) 462‐0100 © 2013 ETAP &  Operation Technology, Inc.