Hvordan sikrer vi best mulig utnyttelse av strømnettet og dets komponenter?

Én løsning er at vi kan skaffe oss bedre forståelse av hvordan vi best mulig kan utnytte den infrastrukturen vi har. Med bedre kunnskap om nettets faktiske tilstand og komponentenes tålegrenser kan vi i mange tilfeller utsette reinvestering og begrense ny utbygging – uten at det går på bekostning av forsyningssikkerheten. Dette er problemstillinger vi jobber med i forskningssenteret SecurEL.

Optimal utnyttelse av nettet har flere aspekter: å kunne detektere, lokalisere og håndtere feil på en effektiv måte, å gjøre riktig prioritering av vedlikehold, og å vite hva de faktiske tålegrensene til komponentene i nettet er. Dersom du vil lese mer om metoder for driftsplanlegging og nettutvikling, kan du lese dette blogginnlegget:

Dersom vi skal utnytte strømnettet bedre krever det forskning på flere områder, og dette skal vi jobbe med i SecurEL. Hovedfokus er på distribusjonsnettet. Målet er å forstå hva som skjer i nettet, hvor det skjer og hvordan det påvirker komponentene. Et viktig aspekt er også hvordan kunnskapen kan og bør brukes i praksis. For å få til dette må vi løse flere utfordringer:

1. Vi må ha gode metoder for å estimere hvilken driftstilstand nettet er i. Her betyr driftstilstand å kunne beregne strøm, spenning og koblingsstruktur i nettet med tilstrekkelig høy nøyaktighet til å kunne styre distribuerte ressurser effektivt, samt å kunne lokalisere og detektere feil.
2. Vi må vite hvordan tilstanden til komponentene endrer seg over tid. Vi må kunne kvantifisere hvordan ulike lastmønstre og omgivelser påvirker aldring og feilsannsynlighet for kritiske komponenter som kabler, transformatorer og brytere.
3. Vi må ha gode systemer på plass som kan håndtere feilene når de kommer. Metodene må være tilpasset en dynamisk virkelighet som blir enda mer aktuell ettersom mer fornybar produksjon og kraftelektronikk skal innlemmes i strømnettet.
4. Vi må ha gode strategier for å bruke informasjonen vi har om tilstand og risiko til å prioritere vedlikehold og reinvestering. Innsiktene som kommer ut fra de ovennevnte punktene må omsettes til praktiske strategier som kan sikre best mulig forsyningssikkerhet i et komplekst nett med begrensede ressurser.

Hva gjør vi i SecurEL for å finne løsninger?

Under paraplyen «optimal utnyttelse av komponenter og system», utvikler vi metodene og kunnskapen som trengs for å utnytte strømnettet og komponentene bedre med kjent og akseptabel risiko. Arbeidet er organisert i fire hovedspor:

1) Modellering og vurdering av komponenter:

Vi undersøker ulike metoder for vurdering av helsetilstanden til komponenter slik at vi kan forstå hvordan belastning og omgivelser påvirker risikobildet over tid. Et viktig mål er å utvikle modeller som også er relevante i fremtiden når driftsbildet endrer seg, for eksempel med mer variable laster, mer kraftelektronikk og nye isolasjonsmaterialer.

2) Tilstandsestimering av komponent og system:

Vi ser på hvordan vi kan beregne strøm, spenning og topologi i distribusjonsnettet der informasjon og antall målepunkter er begrenset. Vi ser også på hvordan fysiske og virtuelle sensorer kan brukes til å gi bedre øyeblikksbilder av temperatur og belastning i kritiske komponenter.

3) Nye konsepter for vern, kontroll og automasjon:

Økt bruk av omformere kan utfordre eksisterende vernprinsipper. Vi undersøker derfor hvordan vi kan utvikle nye metoder for feilhåndtering som også fungerer i fremtidens nett. Et eksempel på resultater i dette sporet er arbeid knyttet til bruk av geometrisk algebra for feildeteksjon

• Towards Fast Fault Detection in Power Systems with High Level of Renewable Generation: a Differential Geometry Approach
• Understanding the Geometry of Faulted Power Systems under High Penetration of Inverter-Based Resources via Ellipse Fitting and Geometric Algebra

Vern- og kontrollsystemer blir i økende grad digitalisert for å håndtere raske endringer i kraftsystemet. I denne sammenhengen ser vi også nærmere på hvordan moderne teknologi som kunstig intelligens, «edge computing» og virtualisering kan brukes.

4) Risiko- og tilstandsbasert vedlikehold og fornyelse:

Her vil vi jobbe med å koble sammen informasjon om tilstand, degradering og sviktsannsynligheter for å ta bedre beslutninger om vedlikehold og reinvestering. Målet er mer tilstands- og risikobaserte strategier som gjør at tiltak settes inn der det gir størst gevinst.

Veien videre

I de kommende årene skal vi jobbe tett sammen med brukerpartnerne i SecurEL for å sikre at forskningen treffer de viktigste behovene og utfordringene i distribusjonsnettet. Vi skal teste hvordan nye sensorer og digitaliseringsløsninger kan brukes til å forbedre tilstandsestimering, vurdering av komponenthelse og vern. Et veldig viktig mål er å bygge en bro mellom komponent og system, slik at forskningen som gjøres på komponentnivå faktisk kan tas i bruk i praktisk drift og ved beslutninger om vedlikehold og reinvestering.

For å legge til rette for rask læring og relevans er SecurEL organisert slik at det skal være mulig med både langsiktig pilotering og kortere sprinter (såkalte proof-of-concepts). To pilotprosjekter relatert til komponenter og vern er allerede i gang, og flere relevante proof-of-concepts er fullført eller planlagt.

Utdanning av forskere og studenter er også en viktig del av SecurEL. I det ovennevnte arbeidet vil vi bidra til å utdanne studenter gjennom å tilby relevante -masterprosjekter. I første fase av prosjektperioden er det allerede lyst ut to PhD-stillinger knyttet til forskning på komponenter og vern. Dette er et viktig bidrag til å bygge den kompetansen som bransjen kommer til å trenge i årene fremover.

Dette blogginnlegget ble først publisert på SecurELs nettsider.