Denne åpne PMU-en på Statnetts hovedkontor brukes i eksperimenter og testing. Foto: Statnett

For å få momentan kontroll over over kraftsystemet. 

Uregulerbar kraft, forbrukerfleksibilitet og batterier vil gjøre det stadig vanskeligere å styre kraftnettet.

– Ting kommer til å skje fort. Operatørene vil få problemer med å reagere raskt nok, og trenger hjelp, både til å identifisere hendelser, analyse og tiltak, sier seniorrådgiver Knut Styve Hornnes i Statnett til Energiteknikk.

Fram til nå har imidlertid Statnett og de andre nettselskapene ikke hatt høy nok oppløsning av sanntids frekvens, spenning og strøm for kunne identifisere og styre dynamiske tilstander i kraftnettet.

Kraftsystemet styres i dag av et SCADA-system som mottar målinger fra hele kraftsystemet med 1-10 sekunders mellomrom. 

Mikrosekunder

I 2014 satte derfor Statnett i gang et forskningsprosjekt for å få god infrastruktur for innsamling og analyse av synkrone fasemålingsenheter (PMU).

PMU-er gir sanntidsovervåking av tidssynkroniserte frekvens-, strøm- og spenningsmålinger og fasevinkel på millisekundnivå, fra mange ulike punkter i nettet.

Det gjøres 50 målinger per sekund, på nøyaktig samme tid. Målingene blir synkronisert ved hjelp av en GPS-klokke, og alle PMUer skal synkroniseres med et maksimalt avvik på ±1 mikrosekund.

PMU-målinger kan deretter brukes til avansert overvåking, kontroll og vern av systemet.

– Det er en stor endring. Vi kan sammenligne med at i gamle dager kjørte vi en tung trailer på en relativt rett veg, og styrte ved å se i speilet. Siden veien – på grunn av mer uregulerbar kraft – blir mer svingete, må vi nå skaffe oss en bil som er mer letthåndterlig, og vi kan styre bilen ved å se gjennom et hull i golvet, sier Hornnes.

Tre til fem år

For å nyttiggjøre seg av dataene, samles alle målingene på en PDC (phasor data consentrator). Dataene overføres i fibernettet.

Dataene for store områder må være tilgjengelige for analyse innen 100-200 millisekunder for å kunne brukes aktivt i kontroll og vern.

Statnett har i dag ca. 100 PMU-er i det norske transmisjonssystemet. For å oppnå tilstrekkelig dekning, vil antallet dobles i løpet av to-tre år, og ifølge selskapet må det trolig installeres over 500 PMU-er i hele landet for å få god kontroll på dynamikken i systemet. 

PMU-er installeres når Statnett bygger nye stasjoner og ved rehabilitering av gamle. For å få god nok fremdrift i utrullingen, vil Statnett imidlertid også installere PMU-er i stasjoner uten at de nødvendigvis rehabiliteres.

– Målet må være få noe som fungerer i løpet av tre til fem år sier Hornnes.

Unngår utkobling

Med sanntidsinformasjon blir det blant annet lettere å vite hvilke produksjons- og forbruksenheter som skal kobles ut eller reguleres hvis det oppstår en uventet situasjon i nettet. Slik utkobling skjer allerede i dag i løpet av noen hundre millisekunder, som en del av vernet som skal hindre strømbrudd.

– Fordelen ved bruk av PMU-er er at vi mye mer presist kan avgjøre hvor i nettet og hvor mye effekt vi skal regulere eller koble ut. Istedenfor å koble ut for eksempel fem enheter, kan man kanskje greie seg med å koble ut tre, sier Hornnes.

Dette vil ifølge Statnett gi langt bedre stabilitet i nettet. Ved å beregne dette automatisk, kan de bruke slike systemvern i langt større grad enn i dag.

Overvåkingen skal gjøres med ulike applikasjoner som Statnett utvikler.

Ferdig analysert

Både frekvenssvingninger og endringer i spenning og strøm oppdages fort, ettersom tidsoppløsningen er så høy.

– Ved et utfall får SCADA-systemet som vi bruker,  et ras av hendelser om feilutløsning, for eksempel fra vernutrustning, men kun to-tre vilkårlige måleverdier som ikke beskriver variasjonen i systemet før feilen og under feilforløpet. For mange feilårsaker har man derfor altfor lite informasjon for å forstå årsaken til feilen.

Tidligere har detaljene som nå skal kunne ses i sanntid, kun vært synlig for dem som holder på med feilanalyse når de i ettertid laster ned opptak fra feilskrivere.

– Ved hjelp av PMU-er skal vi nå kunne gi informasjonen til operatørene umiddelbart, helst ferdig analysert, med årsak og tiltak. Hvis det begynner å nærme seg grensen for spenningskollaps, vil man kunne få varsel, en analyse av hvor kritisk situasjonen er, og beskjed om tiltak som kan settes i verk, for eksempel ved å automatisk øke spenningen med et SVC-anlegg (Static Var Compensation), sier Hornnes.

Lønnsomt tiltak

Fordi store deler av kostnadene til infrastruktur uansett er nødvendig for andre datatjenester i Statnetts kontrollsystem, har Hornnes ikke noe presist tall for hvor mye PMU-installeringen samlet sett vil koste. Men han sier Statnett har gjort beregninger som tilsier at gevinsten ved å hindre utfall og optimalisere kraftflyten er så stor at det uansett vil lønne seg.

Bedre overvåkning og kontroll vil gjøre det mulig å koble mer ny fornybar produksjon til kraftsystemet enn det som ellers ville vært mulig. Risikoen for utfall blir lavere, selv om nettet kjøres på mindre marginer.

Dessuten kan man i anstrengte situasjoner unngå å stenge ned forbruk for å være å være sikre på at utfall ikke får store konsekvenser.

– Du sparer fort mange millioner kroner hvis for eksempel dette berører aluminiumsindustri eller forsyning til olje og gassektoren, sier Hornnes.

PMU-ene vil ifølge Hornnes også gjøre det enklere å sette i drift nye kabler til utlandet, og aktivt bruke HVDC-kablene som systemvern ved å utnytte avtalt kapasitet til regulering av nødeffekt.

Nordisk samarbeid

Stadig flere land tar i bruk PMU-er i sine systemer rundt om i verden. I Norden er det Island som har gjort dette mest i den operative driften.

Ifølge Hornnes er Norge langt fremme når det gjelder forskning og utvikling av applikasjoner som benytter PMU-data, og Statnett samarbeider tett med de øvrige systemoperatørene i Norden.

Målet er på sikt å etablere et nordisk PMU-system, slik at informasjonen kan utnyttes enda bedre i driften av det fellesnordiske synkronområdet.