Til hovedinnhold
Norsk English

Nasjonalt Smart Grid Laboratorium

Med støtte fra Forskningsrådet, har NTNU og SINTEF bygget et nasjonalt Smart Grid laboratorium i Trondheim.

Kontaktperson

SmartGridLab
SmartGrid laboratoriet

Laboratoriet er systemorientert dvs. velegnet for å teste og verifisere samspill mellom komponenter og delsystemer og kan tilby en moderne laboratorieinfrastruktur for forskning, demonstrasjon, verifikasjon, testing og undervisning. Laboratoriet støtter en rekke områder og use case fra storskala transmisjon til lokal distribusjon og smarte hjem.


Leie av Smart Grid Laboratoriet 


 

Se Smart Grid Laboratoriets brosjyre (pdf)


Nytt prosjekt: SDN microSense

Konsept:

Et viktig element i laboratoriekonseptet er mulighetene til å integrere sanntidssimulerte kraftsystem med fysiske modellkraftsystemer

(Hardware in the loop/ Power hardware in the loop) med ytelser opp til 200 kVA og spenningsnivå opp til 400 V AC or 700 V DC. Frekvensområdet som dekkes er opp til 5 kHz.

Hva finnes i laboratoriet?

  • Overføringsnett (AC og DC)
  • Distribusjonsnett (sterke nett/ svake nett)
  • Kraftproduksjon (Storskala produksjon, distribuert produksjon, - vindkraft, PV, vannkraft)
  • AC/DC omformere: Voltage Source Converters (VSC) og Multi-Level Converters (MMC)
  • Roterende maskiner: Asynkrongeneratorer/-motorer (IG), Synkrongeneratorer/-motorer (SG), Permanent magnet generatorer/motorer (PM)
  • Nettemulator (200 kVA forsterker, DC opp til 5 kHz)
  • Sanntidssimulatorer med Hardware-In-the-Loop (HIL) og Power-Hardware-In-the-Loop (PHIL) - (OPAL-RT)
  • Smarte energimålere (AMS-målere)
  • Test system for batterimoduler / Batteriemulator  

Anvendelsesområder

  • Smarte transmisjonsnett
  • HVDC nett
  • Smarte aktive distribusjonsnett
  • Mikronett (Microgrids)
  • Integrasjon Smart Grids,
  • Smarte hjem/bygninger/ industri
  • Integrasjon av fornybare energikilder
  • Smart utnyttelse av elektrisitet
  • Elektrifisering av transport
  • Energilagring i Smart Grids
  • Energikonvertering Smart Grids
  • Stabilitet i Smart Grids
  • Overvåking, styring og automasjon i Smart Grids
  • Kommunikasjon i Smart Grids
  • Informasjonssikkerhet og personvern i Smart Grids
  • Pålitelighet og robusthet i Smart Grids
  • Smart grid software
  • Big data og analytics i Smart Grids

Eksempler på bruk

The Norwegian Smart Grid lab and Cybersecurity in the Electric Power System
Tour of the Norwegian National Smart Grid Laboratory

Smarte hjem
Test av apparater, utstyr og styringer i smarte hjem for regulering av energibruk, lysstyring, inneklima og sikkerhet/komfort. Ulike arkitekturer (sentral intelligens versus desentral intelligens) og systemer (f.eks. LonWorks, KNX, ... ) kan testes for ulike scenarier mht. funksjoner som styring av temperatur, ventilasjon, lys, integrasjon med smarte målere, fjernstyring, integrasjon med smarte mobiltelefoner etc.

Multi-terminal HVDC nett for tilknytning av offshore vindkraft
Store multiterminal HVDC nett kan spille en viktig rolle i fremtidens kraftsystem. I laboratoriet er kontroll og styringsstrategier for slike anlegg evaluert for å verifi sere at driftssikkerhets- og stabilitetskrav er oppfylt. Som del av arbeidet i Nowitech* er det etablert en oppstilling som emulerer et tenkt Nordsjø HVDC-nett. Dette knytter sammen Norge, Tyskland, England og offhore vindparker. Antall konvertere og roterende maskiner i laboratoriet gir muligheter for å gjennomføre omfattende og komplekse tester. De kan vise hvordan styrestrategier kan bidra til stabil drift selv med store menger vindkraft i systemet.

* Nowitech, 2009 – 2017, er et internasjonalt forskningssamarbeid på offshore vindteknologi fi nansiert av Norges Forskningsråd, industri og forskningspartnere.

Frekvensstøtte fra vindturbiner
Det er ønskelig at vindkraftverk kan støtte frekvensreguleringen ved feil og spesielt i svake nett. I laboratoriet er det laget et oppsett for å teste og kvantifi sere ulike styringsstrategier og hvordan disse fungerer ved ulike feil (kortslutninger/utfall). Tester er gjort ved hjelp av sanntidssimuleringer og på reelle komponenter og regulatorer for to av de mest brukte vindturbinteknologier.

Produkttesting og verifisering
Ny teknologi testes ofte i laboratorier før de kommersialiseres. I smartgridlaboratoriet har ulike leverandører testet utstyr som spenningskompenserings utstyr, kortslutnings-impedansmåleutstyr, spenningskvalitets-analysatorer m.m.

Mikronett (Microgrids)
Ved å integrere sanntidssimulerte kraftsystem inklusive styring/regulering med et lite mikronett bestående av fysiske komponenter som vist i figuren, ble ulike kontrollstrategier for mikronett testet. Som figuren viser er koblingen mellom det simulerte kraftsystemet og det fysiske mikronett etablert via laboratoriets 200 kVA forsterker slik at f.eks. en simulert kortslutning i det simulerte nettet gir en realistisk spenningsdip i 400 V spenningen på utgangen av forsterkeren.

200 kVA Power Hardware in the loop (PHIL)
Hensikten med PHIL er å kunne emulere kraftsystem, utstyr og styring integrert med det fysiske modellkraftsystemet i laboratoriet. Dette medfører at systemstudier kan gjøres for store systemer og dekke rimelige frekvens- og effektområder (0-5000 Hz, 0-400 V AC /700 V DC). Fordelen sammenlignet lavytelsestesting er at ulike fysiske fenomen kan gjenskapes på en mye mer troverdig måte f.eks. termiske forhold og tidskonstanter i roterende maskiner. Figuren viser «Power Hardware in the Loop» med OPAL RT sanntidssimulatorer (OP5600), I/O enheter (OP4520) og Egston forsterkeren (200 kVA, 5kHz).

Eksempel på laboratorieoppsett
Laboratoriet er meget fleksibelt både med hensyn på topologi og konfigurering.

 

Ekspertise

AMS smarte målere

Vannkraft har gjort Norge mer elektrifisert enn noe annet land. Både industrien og husholdningene har hatt god tilgang til elektrisk energi. I Norge er det vanlig å benytte elektrisk energi til oppvarming og elektrisitetsforbruket per innbygger i...

Distribuert elproduksjon og plusskunder

Distribuert produksjon er lokal produksjon i distribusjonsnettet. Karakteristisk for distribuert produksjon (også kalt DG, Distributed Generation) er at kraftverkene har små ytelser i forhold til konvensjonelle kraftverk. Vannkraftverk mellom 100 kW...

Elektrisk transport

Fremtidens transport er elektrisk. Den kan komme fra ren elektrisk drift fra batterier, eller via omforming av hydrogen i en brenselcelle. Også hybride løsninger er en mulighet. Transport kan omfatte vanlige personbil, tunglast, skip og jernbane...

Fleksible distribusjonsnett

Fremtidens energisystem vil ha mer produksjon fra fornybare energikilder og økt forbrukerfleksibilitet samtidig som framtidens energisystem må være robust og pålitelig. IKT-teknologi vil i større grad bli brukt til å overvåke, styre og automatisere...

Forsyningssikkerhet

Forsyningssikkerhet

Fremtidens kraftsystem må kunne håndtere større variasjon i effekt- og energiflyt og introduksjon av nye smarte komponenter og –teknologier. Dette medfører at både selve kraftsystemet og driften av det er i endring, samtidig som klimapåkjenningene...

HVDC-overføring

HVDC-teknologier (høyspent likestrøm) er den beste kandidaten til overføring av høy kraft over svært lange avstander. HVDC-overføring spiller derfor en stadig viktigere rolle i eksisterende kraftsystemer, med en konstant vekst i antall...

Interaksjon DSO/TSO/kunde

Dagens begrensede interaksjon mellom nettselskap og systemoperatør (TSO – Transmission System Operator) bør styrkes, bl.a. for å håndtere mer varierende distribuert produksjon (DG) og behov for balansetjenester. I nett med økende andel distribuert...

Markedsløsninger for fremtidens kraftsystem

Den stadig økende andelen av fornybar energi (vind, sol) hvor produksjonen er vær- og lysavhengig kalles ofte "intermitterende" produksjon fordi produksjonsforholdene kan endre seg på kort varsel. Dette kan skape ubalanse i deler av kraftsystemet som...

Mikronett

Et uavhengig og sikkert energisystem er en av grunnpilarene i fremtidens samfunn. Energisystemene (generering, overføring, etterspørsel) vil bli mer desentralisert – produksjonen vil foregå nærmere kunden og omfatte teknologier som solceller...

Multimarkedsplanlegging

Det desidert største markedet for fysiske kraftleveranser er spotmarkdet som er et day-ahead marked, men det finnes også markeder for krafthandel innenfor dagen, for leveranser av reserver og regulerkraft samt handel med bilaterale kontrakter. I...

Måling og problemløsning i elsystemet

Samfunnet har blitt stadig mer avhengig av stabil elektrisitetsforsyning der strømnettet og elektriske apparater/utstyr fungerer uten å forstyrre hverandre.

Nettilknytning av offshore vindparker

Nettilknytning av offshore vindparker er et viktig forskningsområde fordi prosessen utgjør en stor andel av totale kostnader, men har et enormt potensiale for kostnadsreduksjon. Det er foreslått en rekke ulike løsninger for nettilknytning, men...

Offshore vind drift og vedlikehold

Drifts- og vedlikeholdskostnader utgjør en betydelig andel i totalkostnaden til offshore vindkraft. Utviklingen av forbedrete eller nye løsninger for drift og vedlikehold av offshore vindturbiner og vindparker er derfor et viktig bidrag til å gjøre...

Optimalt vedlikehold av nett- og kraftanlegg

Optimal forvaltning av kraftsystemkomponenter må baseres på analyse av teknisk tilstand, restlevetid, risiko samt lønnsomhet og optimalt tidspunkt for vedlikeholds- og reinvesteringstiltak. SINTEF Energi har utviklet kompetanse, metoder og verktøy...

Overføringssystemer

Overføringssystemet består av luftledninger og jordkabler samt kraftomformere for konvertering av spenningsnivå. Overføringssystemet utgjør ryggraden i enhver moderne elektrisk infrastruktur, og må derfor utformes slik at den tåler forstyrrelser og...

Pålitelig kraftelektronikk

Omforming av elektrisk energi ved bruk av kraftelektronikk spiller en stadig større rolle i ulike deler av kraftsystemet. Eksempler er integrering av fornybar kraftproduksjon, nye apparater i industriproduksjon og husholdning, likestrøm...

Spenningskvalitet

Samfunnet har blitt stadig mer avhengig av stabil elektrisitetsforsyning der strømnettet og elektriske apparater/utstyr fungerer uten å forstyrre hverandre. Spenningskvalitet er den delen av leveringskvalitetsbegrepet som omhandler anvendeligheten av...

Subsea - Offshore kraftforsyning

Det forbindes med store kostnader å vedlikeholde og reparere utstyr som plasseres på store dyp. Det kreves derfor en høy pålitelighet og driftssikkerhet for kraftforsyningskomponenter som plasseres på havbunnen.

Virtuelle synkronmaskiner

Konseptet med regulering av kraftelektronikkomformere som virtuell synkronmaskin (VSM) er under utvikling til å bli en fleksibel tilnærming for kraftelektronikkregulering i kraftsystemapplikasjoner.

Kontaktinformasjon

Laboratoriet er samlokalisert med de Elektrotekniske laboratoriene ved NTNU.

Kontaktperson hos NTNU:
Prosjektleder Professor II Kjell Sand

73 59 42 19 / 481 64 542