Resilient and Probabilistic reliability management of the transmission grid

Utfordringer som oppstår i forbindelse med økende integrasjon av variabel fornybar energiproduksjon og økende kraftutveksling mellom land er tydelig synliggjort gjennom de høye strømprisene og den store prisforskjellen vi har erfart i Norge og Europa den siste tiden. Dette aktualiserer en sannsynlighetsbasert tilnærming til planlegging og drift av transmisjonsnettet. I en slik tilnærming kan overføringskapasitetene i mange tilfeller økes, da forsyningssikkerhet og kostnader veies opp mot hverandre i en optimalisering, og en kan basere seg på tiltak som kan gjøres i driften av nettet heller enn å investere i mer nettkapasitet. Hovedmålet til prosjektet er å utvikle metodikk for hurtig identifisering av driftsstrategier som sikrer oss et motstandsdyktig transmisjonsnett. Prosjektet bidrar til å tette kompetansehull knyttet til driftsstrategiene som er en forutsetning for å bedre håndtering av leveringspålitelighet i transmisjonsnettet. Hurtig identifisering av nær optimale forebyggende tiltak ved å utvikle og evaluere nye modeller med kort beregningstid for nettdrift er sentrale tema. Prosjektet vil også utvide forskningsfronten ved å mer nøyaktig ta hensyn til gjenopprettingstid og gjenopprettende tiltak innenfor et bredere rammeverk for pålitelighetshåndtering. Resultatene fra prosjektet inkluderer metoder, modeller og prototype-verktøy som kan inngå som en del av sannsynlighetsbaserte pålitelighetsanalyseverktøy for å forbedre nøyaktighet og beregningstid. Prosjektet har i rapporteringsperioden jobbet med flere komplementære aktiviteter: Basert på de innledende studiene er det jobbet videre med beskrivelser av hvordan forebyggende, korrektive og gjenopprettende tiltak kan sammenlignes og balanseres. De ulike kostnadselementene som må inkluderes i en sammenligning og balansering er sentrale, og vi har utviklet en metode og modell som kan hjelpe oss til å velge gode driftsstrategier for transmisjonsforbindelser. Metoden og modellen er testet for ulike driftsstrategier på et realistisk nett, og resultatene så langt viser at modellen er i stand til å kvantifisere de ulike kostnadselementene. Dette gir en verdifull innsikt langt ut over det å identifisere en optimal verdi, dermed utgjør dette potensielt viktig beslutningsstøtte for systemoperatør. Det må jobbes videre med flere aspekter, blant annet må beregningstiden reduseres før metoden kan tas i bruk i praksis. Som en del av arbeidet med å få ned beregningstiden er det etablert analysemodeller basert på kunstig intelligens. Foreløpige sammenligninger med konvensjonelle analyser tyder på at slike teknikker kan gi et viktig bidrag til å få ned beregningstiden. Dette ved at kunstig intelligens identifiserer tilfellene det ikke er nødvendig å regne nærmere på, og dermed reduserer antallet tidkrevende beregninger betydelig. Det er ansatt en PhD-stipendiat i prosjektet som startet opp i august 2021, han vil jobbe med definerte problemstillinger knyttet til balanseringen av forebyggende og korrektive tiltak, som bygger opp under prosjektmålet.

The transmission grid is facing challenges due to increasing integration of variable renewable generation and increasing exchange of power between countries. In the traditional (deterministic) approach to reliability management, grid operators often has to resort to grid development solutions to maintain an acceptable level of reliability. However, such solutions may be exceedingly costly and not necessarily socio-economic efficient. Using a probabilistic approach to long-term grid planning, balancing reliability and costs, the socio-economic optimal solution may be to rely more on actions that can be taken during grid operation: preventive actions to better absorb disruptive events, corrective actions to better adapt to disruptive events, and restorative actions to rapidly recover from disruptive events and restore power supply to end-users. These are all capabilities associated with resilient grid operation. The primary objective of the project is to develop methodology for the rapid identification of operational strategies including preventive, corrective and restorative actions that ensures transmission grid resilience. It thus seeks to address outstanding knowledge gaps related to the operational strategies that are a precondition for more probabilistic and resilient reliability management of the transmission grid. It will focus on the rapid identification of near-optimal preventive actions by developing and critically evaluating novel and computationally efficient approximate models (proxy models) for grid operation. Furthermore, the project will also advance the research front in the direction of accounting more accurately for restoration time and restorative actions within a broader probabilistic reliability management framework. The expected results of the project include methods, models and prototype tools that can be implemented in probabilistic reliability assessments tools to improve their accuracy and computational efficiency.