Arkitektur og funksjonalitet for fremtidens aktive distribusjonsnett

Kraftsystemet er i endring som følge av: ? Økt tilknytning av distribuert produksjon (DG) fra fornybare energikilder (RES) ? Endringer i belastningsmønster pga. elektriske biler (EV), varmepumper, effektkrevende apparater, laststyring (DR og DSM), osv. ? Økte krav til leveringskvalitet og nye utfordringer mht. spenningskvalitet ? Økende behov for fornyelse av aldrende nettkomponenter ? Nye muligheter for kostnadseffektiv drift av nettet med nye teknologier og tilgang til nye data fra f.eks. smarte målere, DMS (Distribution Management Systems), smarte nettstasjoner, nye sensorer, batterier, osv. Økt forsyningssikkerhet, mer effektiv nettdrift og bedre kundeservice bør være fokus når de nye utfordringene skal løses og mulighetene utnyttes. Endringene vil være størst for mellom- og lavspenning distribusjonsnett, der «blinde» og manuelle operasjoner sammen med en stor mengde elektromekaniske komponenter, må omgjøres til smarte nett. Denne transformeringen til «Smart Grids» vil være nødvendig for å nå miljømålene, kunne håndtere stadig større utbredelse av forbrukerfleksibilitet, distribuert generering, elektriske biler og lagring. De norske distribusjonsnettene har blitt utviklet over mange år og har relativt lite innslag av aktive elementer som f.eks. generatorer og aktiv laststyring. Nettene er dominert av passive elementer, hovedsakelig ukontrollerte belastninger. Belastningene vil i etter hvert bli mer dynamisk og styrbar pga. forbrukerfleksibilitet og økt utbredelse av elektroniske styre- og reguleringssystemer. Samtidig vil innføringen av avanserte målesystemer (AMS) og nye sensorer gi netteierne tilgang til en mengde data de tidligere ikke hadde. Økt andel av aktive elementer tilknyttet nettet krever nye og forbedrede metoder for nettplanlegging og spesielt for modellering av belastninger og produksjoner. Den optimale plan for investering eller reinvestering i distribusjonsnettet er en konsekvens av nødvendig nettkapasitet for å håndtere forventet last og produksjon. Gode estimater (modeller) for last og produksjon er derfor avgjørende for å optimalisere distribusjonsnettet. Det overordnede mål for dette PhD-arbeidet er å bidra til en forbedret planleggingsmetodikk som støtter overgangen fra dagens passive distribusjonsnett til fremtidens forventede aktive distribusjonsnett. Metoder for estimering av belastninger og produksjoner vektlegges spesielt for å finne ut om dette kan gjøres på en bedre måte enn med dagens metoder - tatt i betraktning den store mengden av nye tilgjengelige data fra smarte målere. De viktigste problemstillinger som tas opp er: (1) Hvilke endringer i distribusjonsnettet kan man forvente i løpet av de neste tiårene, og hva blir konsekvensene i forhold til drift og planlegging av nettet? (2) Er dagens metode for planlegging av distribusjonsnett i Norge god nok eller kan den bli forbedret? (3) Estimering av last og produksjon er vesentlig i forhold til nettplanleggingen og tilgangen til målte data øker kraftig med introduksjonen av smarte målere. Hvordan kan data fra smarte målere benyttes til å lage gode modeller for last og produksjon til bruk i nettplanleggingen? Bør probabilistiske modeller benyttes i stedet for de deterministiske som benyttes i dag? (4) Hvordan kan lastflytberegninger utføres med probabilistiske modeller for belastninger og produksjoner? (5) Vil nye probabilistiske modeller og beregninger gi bedre resultater enn dagens metoder?

Det norske mellom- og lavspenningsnettet er utviklet over mange år og er en aldrende infrastruktur. Fornyelsen av nettet går relativt sakte og har en tendens til å bli utsatt av ulike årsaker. En økende andel distribuert produksjon bringer nytt initiativ og nye ideer til dette fagområdet. Eksisterende nett er svært utbredt og omfattende. Det er derfor viktig å finne en teknisk gjennomførbar og økonomisk forsvarlig overgang fra dagens til fremtidens nett. Ved en overgang må det også tas hensyn til gjeldend e fokus på miljø og fornybare ressurser. Ph.d studiet knyttes opp mot prosjektet "Optimal infrastructure for seamless integration of distributed generation " OiDG. Dette prosjektet ble startet opp i 2009 i regi av SINTEF Energiforskning.