ENERGIX-Stort program energi

Multiterminal likestrøms transmisjon (MDTC) har i dag utviklet seg til å bli den mest relevante teknologien for bruk i energi transport over lange distanser via kraftkabler. MTDC er derfor forventet å bli en standard komponent i fremtidige kraftnett i Europa og Japan blant annet som et ledd i å støtte opp om energi politiske målsettinger for integrasjon av fornybare energikilder som for eksempel havvind. Det vil også bidra til å støtte opp om målsettinger rundt kraftutveksling med naboland og i å utvikle et mer effektivt transnasjonalt kraftmarked. Den operasjonelle erfaringen fra koplede vekselstrøms (AC) og likestrøms kraftnett og tilgjengelighet av kommersiell programvare for analyse av disse er imidlertid svært begrenset. Denne begrensningen i dagens situasjon øker planleggingskostnader og risikoen for interoperabilitets problemer eller ustabilitet i drift av nett. Eksisterende metoder og programvare for kraftsystem analyse er for det mest tilpasset det konvensjonelle vekselsstrømbaserte transmisjonssystemet. Studier av konfigurasjoner med en miks av både veksel- og likestrøms nett kan utføres gjennom simuleringer i tidsplanet og ved bruk av detaljerte modeller. Denne metodikken har imidlertid klare begrensninger og kan være svært tidkrevende. I MODULATOR prosjektet er derfor målsettingen å gi industri og forskningsmiljø et "state of the art", tidsriktig og skalerbar programvare verktøy som er basert på modulær modellering for analyse av sammenkoplede AC og multiterminal DC nett. Forskningsaktivitetene er en del av et samarbeidsprosjekt mellom SINTEF Energi, Fraunhofer IWES i Tyskland, og Osaka Prefecture University i Japan innenfor forskningsprogrammet EIG Concert. Dette inkluderte også en PhD ved Osaka Prefecture universitetet som forsvarte avhandlingen in 2021. Aktivitetene så langt har vært fokusert rundt definisjon og valg av hovedmodulene for det sammenkoplede AC/DC nettverket. Hver enkelt modul har blitt utviklet og implementert for småsignal modellene. I tillegg har en generell struktur for stor-signal modellering og for optimaliserings algoritme blitt utviklet og testet. I den senere prosjektfasen har en integrert arbeidsflyt blitt utviklet for å optimalisere operasjonspunktet ved å ta hensyn til stabilitetsegenskaper (småsignal stabilitet begrenset av optimal effektflyt) - og deretter testet i en testbenk for å få bekreftet korrekt operasjon. Pga COVID-19 har det vært sterke begrensninger i reise og mobilitet og gjesteforskeropphold har ikke vært mulig å gjennomføre. Fokus har derfor vært på disseminasjon via digitale konferanser. Prosjektet organiserte et åpent nettbasert webinar og workshop der høydepunkter fra prosjektet ble presentert. Inviterte gjester fra akademia og industri holdt også innlegg og deltok i paneldebatten. All kode som har blitt utviklet har blitt dokumentert og arkivert og det er forventet videre bruk og videreutvikling av koden i FME NorthWind.

A main deliverable of the project has been the development of code and a workflow for performing stability assessments and optimization for interconnected AC and MTDC grids. These tools and the general ideas behind their development has been published in normal publication channels and presented in open workshops. This leads to the possibly that these approaches and part of the code developed will be more refined by the three partners or by other institutions to be operated by a larger user group. The project developed software tools that will be further applied by the project partners in future projects. For example, the small signal analysis framework developed at SINTEF will be further used also in the FME Northwind in application for offshore grids. An additional aspect to consider is that the three project participants brought different individual expertise areas to the project and that this facilitated the learning of new methods and software tools from each partner.

Multi-Terminal Direct Current (MTDC) transmission matured into the most feasible technology for transmission of bulk power over long distances with cables. Thus, MTDC grids are expected to emerge in the future power grids in Europe and Japan to support energy policy objectives for integration of renewables like offshore wind energy; for strengthening the power exchanges between neighbouring countries and to create a more efficient transnational power market. However, the operational experience on interconnected Alternate Current (AC) and MTDC power grids and the availability of commercial software tools for their analysis are rather limited. Methods for assessing impact on grid stability and for optimizing performance of an MTDC grid in connection to an existing AC power grid are still object of active research. This limitation in the present scenario increases planning costs and the risk of interoperability issues or instabilities during the operational phase. Existing methods and software tools for power system analysis are mostly tailored for the conventional AC transmission system. The study of mixed configurations where both AC and MTDC grids coexists can be conducted with time domain simulations and detailed models, but this approach can be limiting and extremely time consuming. Approaches based on small-signal or large-signal stability assessment could offer a valid alternative, but still object of research and not completely developed yet in the available commercial offer. Furthermore, power system optimization tools do not provide dedicated solutions for analysing interconnected AC/MTDC grids.