Smartare teknik för framtidens elnät – insikter från Arena
Hur säkerställer vi ett stabilt och driftsäkert elnät när elsystemet förändras? När mer förnybar elproduktion, kraftelektronik och nya typer av elanvändning ansluts till nätet ställs också nya krav på tekniken bakom. Under höstens Arena Framtidens elnät presenterades aktuell forskning om allt från smartare skyddssystem och AI-baserad styrning till nya metoder för att upptäcka fel innan de leder till avbrott. En viktig slutsats: framtidens elnät behöver inte bara byggas ut – vi behöver också bli bättre på att förstå, styra och övervaka det.
Den 20 oktober samlade Power Circle forskare och representanter från energibranschen till ett digitalt seminarium med fokus på framtidens nätteknik. Under webbinariet, som arrangerades inom ramen för Energimyndighetens forsknings- och innovationsprogram Framtidens elsystem, intervjuades tre forskningsprojekt från KTH. Intervjuerna följdes av en paneldiskussion med representanter från energibranschen.
Se hela webbinariet i efterhand: Arena Framtidens elnät
När elproduktionen förändras behöver också skyddssystemen utvecklas
Elnätets skyddssystem har en avgörande uppgift: att snabbt identifiera och koppla bort fel innan de orsakar större störningar. Men när allt mer elproduktion ansluts genom effektomvandlare, exempelvis från sol- och vindkraft, förändras också hur elsystemet reagerar vid fel. Det skapar nya utmaningar för de skyddsreläer som ska upptäcka och isolera störningar.
Nathaniel Taylor, forskare vid KTH, berättade om projektet Samspelet mellan skyddsreläer och nätbildande och nätföljande omvandlare. En central insikt är att det inte räcker att utveckla smartare skyddsreläer. Det behövs också tydligare krav på hur effektomvandlarna ska bete sig vid störningar i nätet.
– Man måste sätta nya krav för vind- och solkraft och hur deras omriktare beter sig mot nätet, förklarade Nathaniel Taylor.
När olika komponenter reagerar på olika sätt blir det mer komplicerat att förutse hur elsystemet kommer att bete sig. Det kan kräva omfattande simuleringar och göra inställningen av skyddssystemen mer tidskrävande. Forskningen pekar därför på behovet av ett helhetsperspektiv där skyddsreläer, effektomvandlare och tekniska anslutningskrav utvecklas tillsammans.
Kan AI hjälpa effektomvandlare att stabilisera elnätet?
Samtidigt som effektomvandlare innebär nya utmaningar för elsystemet erbjuder de också nya möjligheter. Till skillnad från många traditionella komponenter kan deras beteende i stor utsträckning styras genom mjukvara.
Qianwen Xu, docent vid KTH, presenterade forskning om hur artificiell intelligens och avancerade styrmetoder kan göra effektomvandlare mer intelligenta och anpassningsbara.
När flera effektomvandlare samverkar i samma nät kan deras styrsystem påverka varandra och i vissa fall skapa instabilitet. Genom att kombinera fysikbaserade modeller med AI och maskininlärning vill forskarna utveckla styrsystem som kan anpassa sig till förändrade förhållanden.
Målet är att effektomvandlarna inte bara ska mata in el i nätet, utan också aktivt bidra till exempelvis spännings- och frekvensstabilitet. En viktig del handlar om att samordna styrningen av enskilda komponenter med elsystemets övergripande behov. Forskningen visar därmed hur tekniken som förändrar elsystemets förutsättningar också kan bli en del av lösningen.
Upptäck fel innan de leder till avbrott
Kan åsknedslag och andra elektriska störningar hjälpa oss att upptäcka skador på elnätsutrustning? Det undersöker Hans Edin, professor vid KTH, inom forskningsprojektet Transdimo.
Transienter betraktas vanligtvis främst som påfrestningar på utrustningen. Men forskarna undersöker om dessa händelser också kan användas som en informationskälla för att övervaka och bedöma tillståndet hos elnätsutrustning.
– Det handlar om att få en möjlighet att se att man får ett problem, till exempel i en transformator, innan man får ett haveri, berättade Hans Edin.
Forskarna utvecklar bland annat beröringsfria mätmetoder som kan registrera elektriska förlopp utan direkt anslutning till högspänningsutrustningen. Tekniken har testats i prototypform, men behöver vidareutvecklas innan den kan användas brett. På sikt skulle den kunna bidra till mer förebyggande underhåll, färre avbrott och bättre utnyttjande av elnätets befintliga utrustning.
Branschen efterlyser helhetsperspektiv och fler verkliga tester
Efter forskningspresentationerna följde en paneldiskussion med representanter från Vattenfall Eldistribution, Hitachi Energy, Schneider Electric och RISE. Ett återkommande tema var att framtidens tekniska utmaningar inte kan lösas genom att utveckla enskilda komponenter var för sig. När elsystemet får fler aktiva komponenter och mer varierande effektflöden blir samspelet mellan olika tekniker allt viktigare.
Emma Juserius, kraftsystemspecialist på Vattenfall Eldistribution, betonade att nätutbyggnad behöver kombineras med ett effektivare utnyttjande av den infrastruktur som redan finns. Här kan bättre övervakning, flexibilitet och energilager få viktiga roller.
– Vi pratar mycket om att vi behöver bygga ut vårt nät, men det kostar också väldigt mycket. Jag tror mycket på att utnyttja befintligt nät, sa Emma Juserius.
Även Emad Al Hamrani, Regional Sales Manager på Hitachi Energy, lyfte behovet av samordning mellan elsystemets olika delar. När fler tekniker och resurser ansluts till elnätet behöver de kunna samverka utan att skapa nya störningar.
– Vi ser samma utmaningar i nätet. Det handlar inte bara om individuella komponenter, utan om hur allt ska fungera ihop, sa Emad Al Hamrani.
En annan viktig fråga var hur nya tekniska lösningar kan ta steget från forskning till praktisk användning. Mattias Persson, forskare på RISE, betonade behovet av storskaliga tester i verkliga elnät.
– Jag skulle vilja att man testade mer saker i stor skala i verkligheten för att vara helt säker på att det här verkligen håller, framhöll Mattias Persson.
Panelen lyfte också behovet av ny kompetens. När elnätet blir mer digitaliserat och automatiserat behöver nätägarna kunna förstå och hantera allt mer komplexa system, även när tekniken inte fungerar som planerat.
– Ju smartare systemen blir, desto viktigare är det att vi som människor hänger med, sa Monika Miljanovic, Key Account Manager på Schneider Electric.
Kommentarer