EN3250 Kommunikation och styrning i elkraftsystem, doktorandkurs 9,0 hp

Communication and Control in Electric Power Systems, graduate course

Syftet med denna kurs är att ge en fördjupning i utvalda ämnen inom kommunikation och styrning för elkraftsystem. Dessa ämnen inkluderar kraftsystem-instrumentering, ställverks automation och kommunikationssystem, kontrollrums applikationer samt Energy Management System som används för övergripande styrning och optimering av kraftsystem. I den första delen av kursen, fördjupar sig studenterna i kortare projektuppgifter i ovanstående ämnen. Dessa presenteras och diskuteras i en seminarieserie. Den andra delen av kursen består av ett projekt där studenten utför en särskild studie inom ett visst ämne, vilket rapporteras i form av en vetenskaplig artikel till en konferens. Ämnet för den särskilda studien bestäms tillsammans med examinator och handledare.

  • Utbildningsnivå

    Forskarnivå
  • Huvudområde

  • Betygsskala

    P, F

Det finns inget planerat kurstillfälle.

Lärandemål

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

·         Modellera och simulera styrsystem på stationsnivå för enklare kraftsystem gällande tillförlitlighet, skyddsfunktion, automation kontroll.

·         Analysera effekterna av egenskaperna, exempelvis fördröjning och bandbredd, hos kommunikationssystem som används för kraftsystemstyrning

·         Utveckla modeller av kraftsystem och enkela regler strategier som behövs för övervakning och styrning på systemnivå t.ex. SCADA, WAMC och EMS applikationer.

·         Analysera effekterna av IT-hot och risker i samband med användning av information och styrsystem för att styra elkraftsystemet, kallas Cyber Security.

·         Identifiera ett lämpligt område för fördjupade studier och genomföra inom detta område en studie i syfte att antingen

o   Sammanfatta relaterat forskningsarbete, genomföra en mindre förstudie samt föreslå lämpliga nästa steg inom området, eller

o   Utveckla lärandemoduler inom området, som till exempel nät och/eller kommunikationsmodeller för tillämpningar i realtidsimulatorer.

Kursens huvudsakliga innehåll

Kursen består av två delar. En inledande del bestående av fyra instuderingsuppgifter med tillhörande föreläsningar och slutseminarium samt en avslutande del med ett individuellt projekt. Den inledande delen innebär en fördjupning av innehållet från kursen EH2741, de inledande instuderingsuppgifterna behandlar ämnena:

Uppgift 1: Lokal och distribuerad styrning och automation

Ämnet omfattar modellering och analys av lokala kontrollsystem samt den påverkan som realtidplattformens begränsningar innebär gällande noggrannhet i mätning och kontroll. Därutöver behandlas metoder för distribuerad övervakning samt metoder för informationsutbyte mellan självständiga enheter.

Uppgift 2: Kommunikationssystem för geografiskt distribuerade processer

Ämnet omfattar analys och modellering av kommunikationsnät för stora geografiska områden med betoning på viktiga egenskaper som påverkar styrning och reglering via systemet. Detta inkluderar utveckling av generella kommunikationssystemmodeller som är användbara för studier av kraftsystemstyrning med hänsyn till både kommunikationssystemet och kraftsystemet (Cyberphysical).

Uppgift 3: Centraliserad styrning av geografiskt utbredda system

Ämnet omfattar analys och design av metoder för centraliserad kontroll av kraftsystem, till exempel: sub-synkronresonans, optimal lastfördelning (OPF) och skyddssystem som utnyttjar fjärrdata. Ämnet omfattar även metoder för distribuerade lösningar flödesberäkningar och topologi estimering.

Studie Block 4: Cybersecurity i kraftsystemstyrning

Ämnet omfattar studier om hot och motåtgärder, tillämpning av standarder inom området cybersecurity samt studie av några befintliga tekniker för skydd: såsom nyckelhantering för autentisering och kryptering.

Det exakta innehållet i det individuella projektet ska i förväg göras upp med handledare och examinator. Exempel på sådana projekt är: Litteraturstudier inom ett användningsområde, såsom kommunikation och styrning av microgrids, distribuerad styrning av småskalig produktion och författande av ett litteraturstudie papper på 6-8 sidor som är lämpligt för enklare konferens. Som alternativ från ett mer tillämpningsorienterat perspektiv, kan projektet består av byggandet av kraftnäts modell och kommunikations-näts modeller i simuleringsplattformar, antingen i utbildningssyfte eller för att bilda en grund för kommande forskningsarbete.

Kursupplägg

Kursen genomförs som en sekvens av fyra instuderingsämnen, följt av ett enskilt projekt. För varje instuderingsämne ges en inledande föreläsning för att presentera ämnet och målet med uppgiften, därefter 1-2 föreläsningar för presentation av innehållet i litteraturen för blocket. Därefter arbetar studenterna i grupper med problem i ämnesområdet givet från kurslitteraturen. Som avslutning på varje block håller varje student en individuell presentation kring något nyckelbegrepp från litteraturen. Varje instuderingsämne representerar en veckas heltidsarbete, 1,5 hp. Den första delen av kursen täcker normalt en hel studieperiod och kräver närvaro av deltagande studenter.

Kursen avslutas med ett projekt motsvarande 3 hp. Det individuella projektet behöver inte samordnas med andra studenter i kursen. Men alla elever i en kurs måste delta i presentationen av andra studentprojekt.

Totalt inkluderar kursen cirka 8-10 föreläsningar och 12-14 seminarier.

Behörighet

Antagen till Forskarutbildningsprogram vid KTH.

Litteratur

Kurslitteraturen för de första fyra instuderingsämnena inkluderar (men är inte begränsad till).

SB1: Wittenmark, Åström, Årzen ”Computer Control. An Overview”

SB1: Rehtanz ”Autonomous Systems and Intelligent Agents in Power System Control and Operation”, selected chapters.

SB2: Berger, Iniewski ”Smartgrid – Appications, Communications, Security” – Part II

SB2: Nordström, Babazadeh “Cyber Physical Approach to control of HVDC grids”

SB3: Shahidepour Wang ”Communications and Control of Electric Power Systems” (parts)

SB4:Berger, Iniewski ”Smartgrid – Applications, Communications, Security” – Part III

Utrustningskrav

Inga.

Examination

  • EXA1 - Examination, 9,0, betygsskala: P, F

Krav för slutbetyg

Godkänt resultat på alla ingående instuderingsuppgifter och det individuella projektet vilket inkluderar en individuell presentation och slutrapport, vilka båda ska godkännas av kursens examinator.

Ges av

EECS/Elkraftteknik

Examinator

Lars Nordström <larsno@kth.se>

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med VT2017.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.