Hvordan blir frem/dens dri1ssentral? Kjell Sand, Sintef Energi/NTNU/ The Norwegian Smart Grid Centre

Transkript

1 Hvordan blir frem/dens dri1ssentral? Kjell Sand, Sintef Energi/NTNU/ The Norwegian Smart Grid Centre

2 NTNU-prosjektet Fremtidens driftssentral NTNU institutt Datateknikk og informasjonsvitenskap Telematikk Elkraftteknikk SINTEF Energi Prosjektpartnere: ABB NTE Hafslund Statnett Telenor Eidsiva EB Nett Agder Powel Skagerak Smartgrid Norway Trønderenergi Prosjektet fokuserer mest på driftssentraler for DSOer

3 Deltakere Kornschnok Dittawit (Peach) PhD-student ved Institutt for telematikk Finn Arve Aagesen professor ved Institutt for telematikk Jonas Wäfler, PhD-student ved Institutt for telematikk Poul Einar Heegaard professor ved institutt for telematikk ved NTNU Boye Annfelt Høverstad post doktor ved Institutt for Data og Informasjonsvitenskap (IDI) Axel Tidemann post doktor ved Institutt for Data og Informasjonsvitenskap (IDI) Pinar Öztürk førsteamanuensis ved Institutt for Data og Informasjonsvitenskap (IDI) Helge Langseth professor Institutt for Data og Informasjonsvitenskap (IDI) Asbjørn Thomassen amanuensis, Institutt for Data og Informasjonsvitenskap (IDI) Vijay Venu Vadlamudi post doktor ved Institutt for elkraftteknikk Kjell Sand professor II ved Institutt for elkraftteknikk Rolf Michelsen, Trønderenergi (prosjektleder)

4 Hovedfinansiør er NTNU

5 Typiske oppgaver i dag - ne?sentralen Hovedområde Oppgaver Kon4nuerlig Hendelsesstyrt Overvåking Overvåking X Planlegging Revisjonsplanlegging X (X) Op/mal ne?dri1 (X) X Respons Dri1somlegging (koblinger) X Fjernkoblinger ved feil X Koordinering av manuelle koblinger Feil lokalisering Koordinering/status reparasjoner Håndtering av kundehenvendelser gi dri1sinformasjon /l kunder Styring spenning/reak/v (X) X Produksjonskoordinering (X) X Dokumentasjon FASIT X Dri1slogg X X X X X

6 Arkitektur/kontrollhierarki en Sentralisert versus desentralisert Filtrering Validering- aksjon/kvi?ering fra operatør på dri1ssentralen Validering- aksjon/kvi?ering fra mobilt personell

7 Produksjon Sentralnett Marked EMS Kontrollhierarki integrasjonsarkitektur DMS SCADA DMS NIS KIS ERP Distribusjon V e r n Ne? auto- ma/sering Trafostasjons automa/sering MV linje automa/sering Ne?stasjons automa/sering Feltløsninger/Apper Kunde Smarte måling Laststyring 4 October 2013

8 DSO- rollen- DMS Distribuert produksjon vil påvirke dri1ssentralen Kilde: Pilo, F. ; Pisano, G. ; Soma, G.G. Optimal Coordination of Energy Resources With a Two-Stage Online Active Management, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: 58 Issue:

9 Scenario elementer dri1ssentralpersonale blir involvert Scenario element Karakteris4kk DriDssentral konsekvenser Smart måling (AMS) generelt Nye målinger vil dras/sk øke observerbarheten av LV(MV) og kundene - Data tsunami Nye data vil /lby mange nye muligheter (se detaljer nedenfor i tabellen). Det må forventes at i datainnsamling overvåking og kvalitetssikring Smart måling Betydelig økning i kri/ske, sensi/ve Overvåking av kommunikasjon kommunikasjonsinfrastruktur kommunikasjons- infrastruktur status både fra et pålitelighet og sårbarhet / personvern perspek/v Smart måling - Jordfeil overvåking Informasjon om jordfeil, /dspunkt Informasjonen kan bli håndtert av og varighet. Jordfeil- alarmer. dri1ssentral / DMS, men er i dag Jordfeil- alarmer kan skape et svært ikke er /dskri/sk siden jordfeil skal stort antall alarmer. korrigeres innen 4 uker. Grunnet det forventede store antallet alarmer, blir filtrering vik/g. Smart måling - Avbrudds overvåkinginformasjon om avbrudd, sted, /dspunkt og varighet, utkoblet effekt. Avbruddsalarmer Raskere respons på avbrudd. Flere data å håndtere. Forbedret feil- og avbrudds- sta/s/kk

10 Scenario elementer (forts.) Smart måling - Spenningskvalitetsovervåking Smart måling- kundeinformasjon Smart måling- andre alarmer og hendelser. Måling av rms verdi av spenningen, Raskere respons på overspenninger, spenningsfall og spenningskvalitet problemer og / andre spenningskvalitets eller andre uregelmessigheter fenomener. Spenningskvalitets distribusjonsne?et. Mer data å alarmer administrere Gi kunden med energi - og prisinformasjon, informasjon om planlagte avbrudd, etc. Alarmer m.h.t. forsøk på måler manipulering (magnet, åpning,..) Dri1ssentralen blir involvert i utsending av informasjon /l kunder vedr. bl.a. varsling om planlagte avbrudd, kompensasjon for ekstra lange avbrudd Dri1ssentralen kan bli involvert i overvåkningen av slike alarmer, men er ikke sannsynligvis ikke /dskri/ske (?)

11 Scenario elementer (forts.) Smart måling- kunde ekstern 4lkobling / frakobling Smart grid IKT- sikkerhet Forbrukerfleksibilitet - DSO perspek4v Mulighet /l å bernstyre koble, Disse nye alterna/vene vil (?) bli redusere eller koble kunde ucørt fra dri1ssentralen opera/vt belastning. Sikkerhetsspørsmål eller e?er forespørsel fra hvis AMS- systemet skal integreres kundesenteret med SCADA eller DMS- system. Generelt, når flere systemer utveksler data, er informasjonssikkerhet høyt på dagsorden. Funksjoner som kan være nyege å ha, kan møte barrierer som kommer fra IKT- sikkerhets domenet. Kundefleksibilitets mulighetene øker og kan utny?es på DSO nivå Barrierer om integrasjon mellom Scada, DMS og AMS- systemer som foreslå? i beredskapsforskri1en. For neste generasjon dri1ssentraler, kan de?e ha en stor innvirkning på hvilke funksjoner som kan ucøres fra dri1ssentral og mulig integrering av systemer. Iverkse?e DR/DSM (direkte laststyring, formidling av insen/ver / prissignaler)

12 Scenario elementer (forts.) Forbrukerfleksibilitet - TSO perspek4v Elbiler / PHEV Distribuert produksjon i installasjonen ("Plusshus") Kundefleksibilitets mulighetene øker og har et samlet potensiale på TSO nivå Langsom og hur/g lading som belaster distribusjonsne?et (spenningskvalitet, kapasitet..) Mikroproduksjon primært solceller på hustak/ bygningsfasader Økt behov for datautveksling mellom DSO- dri1ssentraler og TSO- dri1ssentraler for å kunne overvåke og utny?e fleksibilitet på overordnet nivå Overvåke og administrere lading for å oppre?holde ne?kapasitet og spenningskvalitet Overvåke distribuert produksjon av dri1smessige årsaker og for personsikkerheten under bl.a. vedlikeholdsarbeid. Det er også aktuelt at dri1ssentralen se?er kontrollparametere for lokal produksjon.

13 Scenario elementer (forts.) Distribuert produksjon koblet 4l LV og MV Distribusjon Management Systems (DMS) Smart flåtestyring Nye sensorer og målere i neustasjoner bryter status Småskalaproduksjon normalt Overvåke distribuert produksjon av <10MW - det meste vannkra1 med dri1smessige årsaker og for begrenset reguleringsmulighet (a la personsikkerheten under bl.a. elvekra1) vedlikeholdsarbeid. Det er også aktuelt at dri1ssentralen se?er kontrollparametere for lokal produksjon. IKT- system som stø?er dri1 av distribusjonsne? Ny? verktøy i dri1ssentralen som kan bli en sentral informasjonshub for "alle" nye "smart grid data" Bruk av kjøretøy sporingssystemer Dri1ssentralpersonell kan raskt ved GPS eller lignende for å sende ressurser (biler, mennesker, koordinere ressurser i felt(biler osv verktøy..) for å håndtere - sporing, formidling av strømbrudd, alarmer osv. via SMS, arbeidsordre, ruteinformasjon ) telefon, radio, smart telefon, ne?bre?, PCer i bil.. Bryterstatus og /lstandsdata /lgjengelig MV og LV dri1sbilde (topologi) /lgjengelig i nær sann /d.

14 Scenario elementer (forts.) Nye sensorer og målere i neustasjoner- alarmer "Selvreparerende neu" Avbruddsalarmer, jordfeilsalarmer, Overvåking og håndtering av disneuteralarm, spenningskvalitets /dskri/ske og ikke- /dskri/sk alarm, /lstandsalarmer (åpen dør, alarmer vann, temperaturer), kortslutningsindikator alarm... Omkoble kunder /l alterna/ve Redusert arbeidsbelastning under forsyninger ved feil. Alterna/vene feil for å koordinere manuelle er omkobling /l andre radialer, koblinger ved feillokalisering og forsyning fra distribuert gjenoppre?e forsyning. produksjon (DG, microgrid). Nye systemer og ny informasjon å Personsikkerhet er et problem, så forholde seg /l. En ucordring er å vel som sikker og pålitelig oppdatere dri1ssentralpersonell kommunikasjon i feilsituasjoner. om responsen av automa/ske systemer dvs. rollen /l operatører i semi- automa/ske reguleringssløyfer.

15 Scenario elementer (forts.) Virtuelle Power Plants (VPP) Mikro grid En VPP er en samling av distribuert Overvåking av input fra VPP. produksjon som og drives som e? Kra1balanse "kra1verk". Et mikro grid er et ne? som er koblet /l MV eller LV som en "enkellast" og inneholder DG og last og kan operere i øydri1. Overvåke distribuert produksjon av dri1smessige årsaker og for personsikkerheten under bla. vedlikeholdsarbeid. Implementere mikro grid fleksibilitet (Deman response/demand side managemenet). Mikro grid vil ha redusert prioritet under strømbrudd. 15

16 Scenario elementer (forts.) Smarthus Regelverksutvikling: ENTSO- E Network Codes for krav 4l neylknytning for produksjon Grensesni?et med smarte boliger Dri1ssentralkonsekvensene er vil le?e kunne stø?e allerede dekket under de mer fleksibilitetsstyring, smart lading av spesifikke temaer smarte hus elbiler, overvåking av DG etc. omfa?er. Type B krav: Kra1stasjoner skal kunne utveksle informasjon mellom kra1produksjon og relevant ne?selskap og / eller relevant TSO i sann/d eller periodisk med /dsstempling som definert av ne?selskapet og / eller relevant TSO. Kra1produksjon av type B er /lkny?et ne? <110 kv og med en kapasitet > 1,5 MW. (I Norden) De fleste småkra1verk er kny?et /l distribusjonsne?et vil bli overvåket fra SCADA og eller DMS- system. De?e gir bedre personsikkerhet og dri1. Flere data å håndtere.

17 Scenario elementer (forts.) Regelverksutvikling: ENTSO- E DraD Network Code for Opera4onal Security Relevante sann/dsdata som skal utveksles mellom ne?selskapene og TSO: a) fak/ske topologi; b) ak/v og reak/v effekt pr. avgang; c) ak/v og reak/v effekt i pr. transformatoravgang d) ak/v og reak/v effekt fra kra1produksjon e) ak/v og reak/v effekt u?ak og injeksjoner fra eventuelle underliggende DSOer f) trinnkoblers/llinger g) samleskinne spenninger h) reak/v effekt i reaktorer og kondensatorba?eri Eksport av data fra DSO SCADA og DMS- system forventes å øke dras/sk basert på de?e kravet. Topologiinformasjon eksport kan være mer komplisert enn eksporten av rene måledata. 17

18 Scenario elementer (forts.) Økt system kompleksitet Siden smart grid er et system av systemer med et økende antall systemer, interaksjoner og data, vil systemets samlede kompleksitet øker Det er en ucordring for neste generasjons dri1ssentraler å ucorme et robust kontrollhierarki slik at dri1ssentralpersonell inngår i reguleringssløyfen med /lstrekkelig situasjonsforståelse og muligheter for styring og kontroll. 18

19 Et sentralt spørsmål for frem/dens dri1ssentral er: Hvilke prosesser i selskapet er 24/7 d.v.s. /dskri/ske?

20 "DriDssentraler" i dridssentralen Dri1ssentral for regionalne? Dri1ssentral for storskala produksjon (typisk /lkny?et regionalne?) Dri1ssentral for bernvarme Dri1ssentral for høyspennings distribusjonsne? (MV) Dri1ssentral for lavspennings distribusjonsne? (LV) Dri1ssentral for distribuert produksjon (MV, LV og plusskunder) Dri1ssentral for laststyring hos kunder (HV, MV, LV) Dri1ssentral for overvåking og styring av kommunikasjonsne?et Dri1ssentral for måleverdiinnsamling (/mesmålinger m.m.) Dri1ssentral for håndtering av elbil- lading Dri1ssentral for overvåking av spenningskvalitet Dri1ssentral for overvåking av /lstandsdata (nerorvaltningsdata, målinger i ne?stasjoner m.m.)) Dri1ssentral for autoregistrering av kunder og registrering av smart utstyr hos kunder

21 Konklusjon Det kommer mye ny? i kra1bransjen som gir ucordringer og muligheter Det må tenkes ny? BPR (Business process reengineering) Sentrale ucordringer: Arkitektur Interoperabilitet Håndtere den nye kompleksiteten slik at operatørene fortsa? har en hensiktsmessig situasjonsforståelse og kan iverkse?e de rik/ge aksjoner