Distributed Topology Inference for Power System Applications

Tid: Fr 2019-10-04 kl 10.00

Plats: Ångdomen, Osquars backe 31, Stockholm (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Nicholas Honeth , Elkraftteknik, Power System Dynamics, Operation and Control

Opponent: Prof. Valeriy Vyatkin, Luleå University of Technology, Department of Computer Science, Electrical and Space Engineering, Computer Science

Handledare: Prof. Lars Nordström, Elkraftteknik

Abstract

Det elektriska transmissions- och distributionssystemet genomgår oöverträffade förändringar för att möta behovet av ett globalt energisystem utan koldioxidutsläpp. En förväntad ökning av andelen energikrav för slutanvändare i form av el och behovet av att integrera förnybara energikällor i elnätet i stor skala kräver stora förändringar i hur elnätet drivs och styrs.De system och metoder som används för att övervaka, styra och skydda kraftnätutrustningen har utvecklats i ett sammanhang där nettoeffektflödet kan antas härröra från stora centraliserade kraftverk och överföras, distribueras och levereras till slutanvändare. Operations- och styrsystemen följer fortfarande i stor utsträckning en centraliserad och hierarkisk struktur med endriftcentral som navpunkt med en mängd anslutningar ut till automationssystem över nätets geografiska utbredning. Med den omfattande integrationen av distribuerad elproduktion på olika punkter i elsystemet samt sammankopplingen av elnätinfrastrukturer för att underlätta elhandeln mellan områden, förändras m˙anga av de premisser som traditionella drift- och styrsystem utvecklats under.Eftersom mer distribuerad produktionskapacitet integreras i olika delar av elnätet, blir effektiva metoder för bestämning av den elektriska anslutningen, dvs. elnättopologin, nödvändiga komponenter för utvecklingen av alla andra styrsystem. De system på vilka dessa metoder genomförs m˙aste kunna samverka sömlöst med befintlig och framtida infrastruktur. Ett pågående arbete med att bemöta detta är en internationellt samordnad standardiseringsprocess för styrning av energisystem och informationsutbyte. De resulterande standarderna, till exempel IEC 61850 och IEC 61970 Common Infromation Model, utgör ett ramverk för utvecklingen av nya arkitekturer och metoder med hög driftskompatibilitet medan de fortfarande är tillämpbara på ett brett spektrum av utrustning och applikationer som framgent kommer att krävas.Denna avhandling syftar till att testa hypotesen att en arkitektur där applikationslogiken distribueras närmare ställverksautomationssystem som är direkt kopplade till elöverföringsprocessen, utgör en lämplig arkitektur som kan förvärva systembred kunskap om elnättopologier utan hjälp av en central enhet. För att uppn˙a detta har tre forskningsmål identifierats; föreslå nya styrsystemsarkitekturer, utnyttja state-of-the-art strukturerad data och utrustning i ställverksautomationssystem och slutligen utveckla en distribueradtopologiinferensalgoritm som behöver minsta möjliga förkunskaper om det nät som det verkar inom.Resultaten demonstrerar för det första användningen av multi-agent-system som en distribuerad kontroll- och övervakningsarkitektur. För det andra visar resultatet att tillämpliga standardiserade IEC 61850 datamodeller och gränssnitt används för datautbyte och hur de kan integreras i sådana arkitekturer. För det tredje beskrivs utvecklingen av arbetet med en multi-agent systemarkitektur och algoritm för distribuerad topologianalys av elnät och en formell beskrivning av topologiinferensalgoritmen ges. Slutligen presenteras en validering för algoritmen med hjälp av en referenskraftnätmodell.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-259343