Operation of the Smart Grid with Wide Area Information

I overgangen til et fornybart energisamfunn blir driften av elkraftsystemet stadig mer utfordrende. Større og hurtigere endringer i produksjon og forbruk gir nye utfordringer i forhold til sikker og stabil drift. Samtidig vil det være større usikkerhet med hensyn til tilgjengelighet av nødvendige reserver. For driftsoperatørene fører dette til en mer stressende hverdag fordi de må håndtere et mer komplisert system. Dette prosjektet søker å utnytte ny måleteknologi og IKT-løsninger (kommunikasjon, databehandling og automatisering) til å utvikle nye og forbedre applikasjoner for overvåking, vern og kontroll i kraftnettet. Målsettingen er at applikasjonene implementeres i framtidas driftssentraler og bidrar sikker drift av kraftsystemet i Norge og India. Vår indiske partner jobber med avanserte metoder innenfor signalbehandling som skal gi rask og presis informasjon om kritiske forstyrrelser i kraftnettet. Ved NTNU har vi hatt fokus på bruk av PMU-målinger (PMU = Phasor Measurement Unit) i driftssentralene for overvåking og vern. Det er utviklet en ny applikasjon som er i stand til å lokalisere jordfeil i såkalte spolejordete nett. En annen applikasjon dreier seg om systemvern og sikker deling av kraftnettet i situasjoner med kritiske utfall av linjer eller generatorer. En tredje anvendelse er hovedresultatet fra doktorgradsarbeidet i prosjektet. Denne går ut på å gi systemoperatør online informasjon om hvilken regulérstyrke (reservekapasitet) ulike kraftverk bidrar med og hvor hurtig det er i stand til å regulere produksjonen. Denne metoden er testet ved hjelp av målinger fra norske vannkraftverk. Prosjektet har også bidratt til videreutvikling av metoder for overvåking av stabilitet i kraftsystemet som nå testes ut i en prototyp-anvendelse i Statnetts regionsentraler.

Resultatene fra prosjektet har bidratt til implementasjon av metoder og prototyp-løsninger som blir testet i Statnetts regionale driftssentraler. Dette er først og fremst metoder som overvåker stabiliteten i nettet og gir informasjon om risiko knyttet til effektpendlinger og spenningsstabilitet. Et hovedresultat som er utviklet gjennom doktorgradsarbeidet i prosjektet er utviklingen av en algoritme som kan gi systemoperatør online informasjon om regulérstyrken (reservekapasitet) ulike kraftverk bidrar med og hvor hurtig de er i stand til å regulere. Metoden har blitt testet med godt resultat ved hjelp av målinger fra norske vannkraftverk, og arbeidet vil bli søkt videreført i samarbeid med Statnett og Statkraft. Prosjektet har hittil bidratt til 23 vitenskapelige publiseringer i tidsskrift og ved internasjonale konferanser. Samarbeidet med India og MNNIT har vært fruktbart og har i stor grad bidratt til det store antall vitenskapelige publikasjoner.

The project deals with operation and control of power grids in order to meet the future challenges in realizing sustainable energy systems. In particular, the project will address key topics of wide area monitoring, protection and control to form a smart power grid. In both the Indian and the Norwegian power grids, there are ambitious plans for installation and use of phasor measurement units (PMUs) to improve system monitoring and situational awareness. A common challenge is to make use of all the information that becomes available, and to develop applications that significantly benefit system operation and security. The Northern regional grid of Indian power system will be considered as one test bench. The other focus area will be the northern parts of the Nordic synchronous power grid. Although the two regions are very different in most aspects, there are similar operational challenges and experiencing that can be exploited to improve operation of both systems. The researchers involved in the project will jointly address the issues related to enhancement of power transmission system security. Their expertise would be utilized to better address the common challenges in the two apparently different systems. The motivation and drivers behind this proposal are twofold: - The operation of the future power systems are becoming much more demanding due to larger and more frequent variations in power flows, higher ramp rates, less inertia and more uncertainties about available reserves. From an operational point of view this represents a more complex system. - On the other hand, the developments in ICT and power electronics creates numerous possibilities to improve monitoring, protection and control of power grids. The main research challenge is therefore to utilize these possibilities to develop new tools and solutions for for secure operation of the systems.