Smartgridlaben – kort fortalt

Det skal jeg fortelle deg i denne bloggen! Si at du skal vurdere nytten av en ny teknologi i strømnettet, enten du har produsert teknologien eller du skal bruke den, altså du jobber i et nettselskap. Hvis du ønsker å teste teknologien så realistisk som mulig så gjør du dette i felt, i det ekte nettet. Da får du testa med ekte betingelser og begrensinger.

Les mer om Nasjonalt Smart Grid Laboratorium

Men om du skal vurdere teknologien ut ifra visse spesifikke hendelser eller betingelser i nettet, for eksempel hvordan teknologien håndterer utfall ved lynnedslag, ja da blir du nødt til å stå og vente på lynnedslag. Da kan du ende opp med å vente lenge, og når du først får lynnedslag må du være sikker på at testoppsettet er helt riktig. Feil testoppsett betyr rett tilbake til å vente på neste lynnedslag.

I en slik situasjon er det derfor naturlig å ønske seg en datamaskinsimulering for å utføre testene i kontrollerte omgivelser. Man kan fremprovosere akkurat de tilstandene man ønsker å teste, til og med tilstander man egentlig ikke ønsker å oppleve i sitt ekte strømnett, slik som utfall. Men i tilfeller hvor ren datasimulering kan dekke forskningsbehovet må man lage nøyaktige modeller av alt utstyr og hardware som skal inngå. Simuleringene vil heller ikke kunne gjenbrukes til andre typer tester, med mindre man benytter generelle simuleringsrammeverk. I disse situasjonene trenger man noe som er mellom felttesting og simulering.

Mellom testing i felt og simulering

Smartgridlaben, offisielt kalt Nasjonal Smart Grid Laboratorium (NSGL), er et mellomsteg mellom felt-testing og ren simulering som gir deg som bruker det beste av begge verdener. Man får både realismen fra felt-testing og hurtigheten fra en datasimulering.

Laboratoriet har vært viktig for arbeidet som er gjort i FME CINELDI i de åtte årene senteret har eksistert. I dette innlegget skal du få høre litt om hva denne laben er, hva den er god til, og hvordan den har blitt brukt til forskning i CINELDI.

Smartgridlaben er et laboratorium som ligger på Gløshaugen i Trondheim. Den er eid av NTNU, og blir driftet av SINTEF og NTNU sammen.

Laben har et fullt konfigurerbart testoppsett som kobler ekte, fysiske, nettkomponenter sammen med et strømnett som blir simulert i sanntid. Dette gjør at man får et realistisk, men forutsigbart, testmiljø. Oppsettet er raskt og enkelt å rekonfigurere, noe som er spesielt nyttig for prototyping av eksempelvis styringssystemer. I laben kan man lage systemtilstander som vil være sjeldne eller vanskelige å teste i felt, og man kan også teste en tenkt fremtidig nettsituasjon, hvilket er umulig å gjøre i felt.

Tester ekte komponenter i sanntid

Teknologien som gjør alt dette mulig er «hardware in the loop»-simulering. Det er testing med ekte komponenter og i sanntid som gir resultater som er nærmere skarp drift enn ren PC-simulering. Komponenter, styringssystemer eller driftsoperatør som inngår i en test vil oppleve testen akkurat som vanlig drift.

Samtidig medfører sanntidssimulering i lab at tester som må gå over dager og år er mer egnet å gjøre i datasimulering eller i felt, litt avhengig hva du ønsker å oppnå. For ellers må du sitte i laben i et helt år! Det er heller ikke mulig å ha med seg strømnettet sitt inn i labben, så Smartgridlaben kan ikke erstatte felttesting, piloter eller «living labs» der dette er mest egnet. Men tester i felt kan komplementeres med tester i mer kontrollerte omgivelser i Smartgridlaben for å forsøke å finne ut av hvorfor ting skjedde slik det gjorde.

Det finnes flere eksempler fra CINELDI hvor Smartgridlabens unike egenskaper har muliggjort utvikling av nye metoder og forsøk.

Algoritme for bryterstillinger

Ett av eksemplene er å løse utfordringen med at det i distribusjonsnett ikke alltid er mulig å ha kontroll på alle bryterstillinger, selv om man kanskje tror det. Det kan forekomme feilregistreringer når bryterstilling endres, eller montasjefeil. Dette er et problem som spesielt skjer i større nett, hvor man potensielt sett kan ha hundre, eller tusenvis av brytere.

Noen av mine kollegaer, med Santiago Sanchez-Acevedo i spissen, har jobbet med denne problemstillingen. Her testet de en algoritme for å detektere endringer i bryterstillinger, helt automatisk. Data fra ekte AMS-målere ble brukt i sanntid, og algoritmen klarte å detektere nesten hver gang en bryter ble endret.

Her var Smartgridlaben helt sentralt av flere grunner. For det første kunne algoritmen testes med full viten om hva den sanne nettkonfigurasjonen var, uten å måtte gå ut og sjekke dette manuelt. For det andre kunne algoritmen testes for mange ulike bryterstillinger i rask rekkefølge, uten at dette påvirket nettkunder. Og for det tredje så gjorde den ekte hardware-en at algoritmen kunne testes uten å måtte lage en modell av AMS-måleren. På denne måten kunne også praktiske utfordringer, slik som tidsforsinkelser og feilmålinger, avdekkes tidlig i utviklingen av algoritmen.

Cyberangrep

I et annet CINELDI-eksempel var det cyberangrep som ble testet. Nye teknologi i nettet gir også nye angrepsflater. Det er behov for å vite hvor slike angrep kan skje, hvordan det ser ut i systemene og hvilke konsekvenser de kan ha for drift av nettet. I dette arbeidet ble derfor kommunikasjon fra en komponent til en annen «angrepet», og responsen på en simulert trinnkobler ble observert for å vurdere hvor utsatt dette systemet var for slike angrep.

I ekte drift er det heldigvis sjeldent at cyberangrep forekommer, men de kan ha katastrofale konsekvenser for driften av nettet. Derfor er det spesielt nyttig at man i Smartgridlaben kan teste disse sjeldne hendelsene og variasjoner av dem, og å kunne vite i etterkant nøyaktig hva det var som skjedde under hendelsen for å lære av det.

Løser ulike utfordringer

Med disse eksemplene som motivasjon håper vi det er tydelig hva Smartgridlaben er god på, og hvorfor den er så nyttig. Du vil bli overrasket over hvor mange ulike utfordringer som kan løses i labben, på en måte som kan være enklere og raskere enn alternativet. Og det er ikke bare vi forskere som har glede av laben; flere aktiviteter i laben blir gjort i samarbeid med personer fra nettselskaper eller teknologibedrifter, enten i prosjekt eller som oppdrag. For eksempel med å evaluere komponenter, styringssystemer, arbeidsprosesser, nye verktøy, eller noe helt annet. På SINTEF Energi fortsetter vi å utvikle både laben og kompetansen vår gjennom hvert prosjekt vi utfører i labben.

Aktiviteter i laben finansieres direkte av de som ønsker aktiviteten, eller inngår som en del av et større forskningsprosjekter. Ta derfor kontakt dersom dere sitter på en problemstilling dere ønsker å løse, så kan vi forsøke å forme et prosjekt deretter. Vi snakkes!