NYE METODER FOR REGULERING AV VANNKRAFTANLEGG

Transkript

1 NYE METODER FOR REGULERING AV VANNKRAFTANLEGG - Kan automatisk regulering overta for en lokal spesialist? Jane Solvi, Skagerak Kraft AS Ingvar Andreassen, Skagerak Kraft AS Bernt Lie, Høgskolen i Telemark

2 Agenda Samarbeid om optimalisering av vannkraftproduksjon - Jane Solvi, Skagerak Kraft AS Eksempel: Flomhåndtering i Kragerøvassdraget - Ingvar Andreassen, Skagerak Kraft AS Eksempel: Styring av flomluker ved bruk av MPC - Bernt Lie, Høgskolen i Telemark 2

3 3

4 Modell av kraftsystemet Frekvensregulering i kraftsystemet forenklet skisse av dynamisk system: Kraftsystem Kraftverk med statikk/primærregulering Bridag fra statikk r e Turbin regulator Ledeapparat Turbin Generator Nordiske synkrone kraftsystemet + LFC bidrag Vannvei (energi) Sekundærregulering Frekvens Statnetts LFC Effekt Frekvens- og effektmåling Set-punkt AGC/ Network manager Eventuelt tertiærregulering Produksjonsplan 4

5 Mål for samarbeidet mellom Skagerak Kraft, Statkraft og Høgskolen i Telemark Få tilgang til Human kapital Utvikle matematiske modeller for kraftverk og vannvei 5

6 Resultater fra samarbeidet Få tilgang til Human kapital studenter har gjennomført fag tilpasset Skagerak Kraft/Statkraft studenter har gjennomført minst en studentoppgave - 2 PhD oppgaver er påbegynt - 15 publikasjoner er utgitt Utvikle matematiske modeller for kraftverk og vannvei - Mer enn halvparten av studentoppgavene har omhandlet modellering og simulering - Eksempel: Sammenligning av PID-regulator med MPC-regulator 6

7 Flomregulering i Kragerøvassdraget - ett spennende fellesprosjekt 7

8 Kragerøvassdraget 5 stasjoner, 105 GWh 8

9 Toke Årstilsig = 7 x magasinvolumet Middelvannføring: 24 m³/s Dimensjonerende flom: 960 m³/s Vannspeil: 30 km² Nedbørsfelt: km² Reguleringskrav ved Merkebekk Merkebekk Dalsfos 9

10 Krav til regulering Reguleringshøyde vinter: 55,75 60,35 moh Minstevannsføring: 4 m³/s Flomdempingsområde i sommerhalvåret Etter flomtopp: vannføring ut > vannføring inn Maks 20 m³/s fra ca 1. april til sommer LRV Vannføring så stabil som mulig 10

11 Utfordringen er da. Finnes muligheter for: - mer optimal bruk av flomluker? - bedre oversikt over flomstatus? - samtidig som reguleringsregimet blir ivaretatt? Finnes det reguleringsteknikk for slikt?... 11

12 MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 12

13 MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 2. Optimalt valg er gjort trekket utføres: 13

14 MPC = Model Predictive Control kan brukes! 1. Sjakk: å tenke 20 trekk framover 2. Optimalt valg er gjort trekket utføres: 3. Vente på mottrekk og deretter returnere til punkt 1: 14

15 MPC: 1 å tenke N dager framover Modell innstrømning, utstrømning, nivå, lukeåpning 15

16 MPC: 2 optimal sekvens & 3 måle respons Hva er optimal lukeåpning? Hvorfor måle respons? Optimal sekvens forutsetter: - perfekt modell av Toke - perfekt meteorologi-/hydrologimodell Ulineær Programmering optimal sekvens for flomlukeåpning UREALISTISKE forutsetninger - mål resulterende nivå i Toke - gjenta optimalisering med faste mellomrom (hver time? hver 4 time? etc.) Dette gir feedback/tilbakekopling reduserer feil 16

17 Lukeåpning [m] Nivå [m] MPC: repetisjon av trinn 1, 2, 3 62 MPC-regulering, Dalsfos-Toke Nivå, Merkebekk Nivå, Dalsfoss Nivå-settpunkt (Merkebekk) dager dager 17

18 Flomregulering: prosjektorganisering Skagerak Kraft AS Prosjekteier Prosjektledelse Bidra med spesialister: - Hydrologi - Drift - IT Høgskolen i Telemark (HiT) Masterstudie: - Hovedprosjekt H-2013, 6 studenter - Hovedoppgaver V-2014, 2 studenter - Div. kurs: 75 studenter Leveranse 1/ & 30/ Ansvarlige: fast ansatte ved HiT - MPC-spesialist - IT-spesialist 18

19 Oppsummering Erfaringer fra studenter har fått interesse og kunnskap om vannkraft (BSc, MSc) Flere studenter har fått arbeide i vannkraftbransjen Lærere ved HiT har fått kompetanse innen vannkraft To PhD-studier pågår, en rekke publikasjoner Fremtidsønsker Ansatte ved HiT engasjeres i FoUprosjekter, eks: - Skagerak Kraft AS - Statkraft - Etc. Vannkraft tas ytterligere inn i undervisningen - Eksempler i kurs - Prosjektoppgaver 19

20 TAKK Takk for oppmerksomheten!