Til hovedinnhold
Tekst: Seniorforsker {Kjetil Uhlen }

Foto: Harald Danielsen, Mette Kjelstad Høiseth


Løsningene skal gi driftsoperatørene raskere og bedre informasjon om aktuell driftssituasjonen i kraftsystemet, og skal gjøre det mulig med hurtige kontrolltiltak for å redusere konsekvensene av kritiske feil eller utfall, og på den måten bidra til å hindre sammenbrudd.

Hovedmålet har vært å ta i bruk ny måle- og kommunikasjonsteknologi for å utvikle intelligente algoritmer/løsninger for å kunne øke driftssikkerheten og utnyttelsen av det eksisterende kraftsystemet.

Nøyaktige måledata
Den nye måleteknologien (som prosjektet i første rekke utnytter) er såkalte ”Phasor Measurement Units” (PMU-er). Dette er enheter for strøm- og spenningsmåling i stasjoner, hvor måleverdiene overføres og lagres som viserstørrelser (amplitude og fasevinkel). PMU-enhetene har innebygd GPS-mottaker, noe som gjør det mulig med en meget nøyaktig tidsmerking og synkronisering av måledata fra ulike PMU-er. Et overvåkingssystem basert på PMU-teknologi kan således gi nøyaktig, samtidig og hurtig informasjon om driftssituasjonen i nettet.

Testing av VIP
En av algoritmene eller anvendelsene som utvikles og testes i prosjektet, er en såkalt ”Voltage Instability Predictor” (VIP). I likhet med en måleverdiomformer eller et vern, kan en se på VIP som en lokal enhet som består av en måledel og en beregningsdel (hardware og software). Måleenheten virker som en PMU, det vil si at den måler strømmer og spenninger i en stasjon og behandler disse som viserstørrelser. Prinsippet og virkemåten forklares nedenfor med utgangspunkt i figur 1.

Hovedpoenget med VIP er å kunne anslå nettverkets impedans, Znet, samtidig som lastimpedansen, Zapp, beregnes. Til sammen gir denne informasjonen grunnlag for å si hvorvidt systemet nærmer seg en spenningskollaps i eller i nærheten av stasjonen hvor VIP er plassert. Når amplituden til Zapp nærmer seg |Znet|, tilsier en stasjonær lastflytbetraktning at systemet nærmer seg grensen for maksimum belastning og spenningskollaps.

Analogien til et distansevern er illustrert i figur 2. Dette representerer også en måte å presentere informasjonen fra VIP på i driftssentralen. Figuren viser hvordan lastimpedansen endrer seg kontinuerlig og evt nærmer seg kritisk sone bestemt av sirkelen med radius Znet. Her kan det også legges inn sirkler med større radius for å illustrere kritisk sone (sikkerhetsmargin), dersom utfall av viktige linjer inntreffer.

Figur 1. VIP som måler spenning (V) og strøm (l) i en lastavgang.

Figur 2. VIP-målinger presentert på "relédiagram-form".

Aktuelle bruksområder for VIP er knyttet til overvåking av risiko for spenningskollaps, som et avansert underspenningsvern eller som basis for kontrolltiltak.

Kontroll
Kontrolltiltakene som vurderes i denne sammenhengen kan deles i to kategorier, her kalt henholdsvis systemvern og sekundærregulering:

  • Systemvernløsninger er hurtige og spesialsydde kontrollsystemer som aktiveres automatisk ved gitte (kritiske) hendelser eller overlastsituasjoner i nettet. Eksempler på systemvern er produksjonsfrakobling ved linjeutfall eller overlast og belastningsfrakobling ved underfrekvens eller underspenning i en
    kritisk stasjon.
  • Sekundærregulering av spenning og reaktiv effekt. Dette er mindre tidskritiske kontrollfunksjoner (automatiske eller manuelle) som primært har en preventiv funksjon. I dette prosjektet er det utviklet et reguleringssystem for koordinert styring av SVC-er og roterende fasekompensatorer i Østlandsområdet. Hovedhensikten med dette systemet er å sørge for spenningsregulering på 420 kV nivå, og samtidig sikre tilstrekkelige reaktive reserver for å kunne håndtere kritiske utfall.

Første installasjon
Det er gjennom NIP-prosjektet installert tre PMU-er og en VIP-enhet i utvalgte 420 kV stasjoner i Sør-Norge. Disse er benyttet for å demonstrere og teste teknologien, og for å utvikle nye anvendelser. Testforsøkene og resultatene er så oppløftende at Statnett allerede har satt i drift den første kommersielle installasjonen.

VIP er et eksempel på en lovende teknologi som sammen med andre anvendelser basert på visermålinger (PMU-er) i kraftsystemet, vil komme til å få en økende utbredelse i framtidens driftssentralløsninger. Dette kan sees på som del av en trend der kontroll- og informasjonssystemer utvikler seg fra rent sentrale systemer til løsninger der det også er intelligente lokale løsninger for overvåking og kontroll.

I kombinasjon med PMU-funksjonen (synkronisert måling av viserstørrelser i nettet) åpnes det for nye muligheter for dynamisk overvåking av nettet (for eksempel overvåking av vinkelforskjeller, effektpendlinger, demping, termisk belastning på ledninger osv). Sammen med andre funksjoner inngår disse enhetene (VIP og PMU) i det som ofte kalles for WAMS – Wide Area Monitoring and control Systems.

For mer informasjon om prosjektet kontakt:
Kjetil Uhlen (SINTEF Energiforskning), Kjetil.Uhlen@sintef.no , Øystein Kirkeluten (Statnett) eller Albert Leirbukt (ABB).

 

Vern som varsler
Siden 1999 har det pågått forskningsprosjekter som skal utvikle kunnskap og produkter for å øke overføringskapasiteten i kraftnettet, uten at dette går på bekostning av driftssikkerheten. Gjennom "the Norwegian Intellectric Project", som avsluttes i år, er det utviklet og testet prototyper av helt nye systemvern som varsler/beskytter ved økt risiko for spenningskollaps og stabilitetsproblemer. Dette gir systemoperatøren mulighet til å hindre større sammenbrudd i kraftnettet. NIP-prosjektet har vært et samarbeid mellom industri (ABB), bruker (Statnett) og forskning (SINTEF). Prosjektet har vært finansiert av ABB, Statnett og Norges forskningsråd.