| dc.description.abstract | Industrialiserte land opplever i dag en økning i forbruk av strøm. Dette kommer i stor grad av den omfattende elektrifiseringen av blant annet industri og transport, og endringer i bruksmønster hos forbruker. Økt elektrifisering er også en reaksjon på klimaendringene. Dette skiftet fører til en økt avhengighet av kontinuerlig strømleveranse og, i de fleste tilfeller, bedre utnyttelse av systemet og en drift som ligger opp mot grensen for hva systemet kan klare. Behovet for store investeringer i infrastruktur og systemstyring er nødvendig for å få bedre pålitelighet i det elektriske kraftsystemet. Ny Informasjons- og Kommunikasjons-Teknologi (IKT) kan bidra til å holde investeringskostnadene nede og forbedre systemets pålitelighet gjennom bedre overvåkning og automatiske løsninger. Siden det er et mål at strømleveransen har høy pålitelighet, er det nødvendig å finne ut hvordan de nye IKT-komponentene fungerer i gjensidig avhengighet med gamle kraftsystemet. I dette prosjektet ble et Monte Carlo-simuleringsverktøy (MCS) laget for å øke forståelsen av konsekvensene ved integrering av nytt IKT-utstyr i et eksisterende strømnett.
Modellen ble laget med fokus på å implementere gjensidig avhengighet, både fysiske og digitale, som fører til kaskade-feil mellom systemene. Det ble gjort flere simuleringsforsøk ved bruk av MCS i IEEE 69 bus-testsystemet. I hvert forsøk ble det gjort endringer i en eller flere essensielle faktorer i simuleringen, inkludert; IKT-komponenter i systemet, reservelinjer som en avhjelpende handling etter en feil, og endringer i komponentens feilrate eller reparasjonstid. Forsøkene ble diskutert ved å bruke både enkle (1) og kombinerte (2) pålitelighetsindekser.
Overordnet kan man si at kraftsystemet med IKT-systemer var mer pålitelig enn det uten. Tiden det tar å seksjonere et system for å finne feilen ved strømbrudd spiller en avgjørende rolle i hvor pålitelig kraftsystemet er. Resultatene fra simuleringene kan indikere at påliteligheten øker mer ved introduksjonen av IKT-systemer sammenlignet med tilkobling av reservelinjer når feil oppstår. Scenarioene hvor IKT-systemer er i bruk ble påvirket av reparasjonstiden til strømlinjene og transformatorene, samt feilraten til transformatorene. Det kom også fram at IKT-komponentene (dvs. skillebrytere, kommunikasjonsknutepunkter og kommunikasjonslinjer) påvirker indeksene. Samtidig er effekten mye mindre enn bidraget fra feilraten til strømlinjer og transformatorer.
Ut i fra simuleringene for endring av ulike faktorer i systemet kan det konkluderes med at kraftsystemmodellen stemmer godt overens med hvordan kraftsystemer antas å fungere i den virkelige verden. Oppførselen til IKT-systemene er vanskeligere å dra en konklusjon for, ettersom det kun er en begrenset mengde forskning på området. Likevel kan det antas at den generelle forbedringen av pålitelighet som ble observert i simuleringene med IKT-systemer også vil skje i virkeligheten. En del usikkerhet er knyttet til denne konklusjonen, da feilraten til IKT-komponentene er diskuterbar. Samtidig viste en økning i feilraten for kommunikasjonsknutepunktene en nedgang i systemets pålitelighet, som kan indikere at disse knutepunktene har en effekt på påliteligheten.
(1) Feilrate, utilgjengelighet, gjennomsnittlig feillengde, og ikke-levert energi (eng: ENS).
(2) Gjennomsnittlig frekvens av systemavbrudd-indeks (eng: SAIFI), Gjennomsnittlig systemavbruddslengde-indeks (eng: SAIDI), Gjennomsnittlig frekvens av kundeavbrudd-indeks (eng: CAIFI), Gjennomsnittlig kundeavbruddslengde-indeks (eng: CAIDI), Gjennomsnittlig systemtilgjenelighet-indeks (eng: ASAI), Gjennomsnittlig ikke levert energi (eng: AENS), og Gjennomsnittlig energi i kundeavbrudd (eng: ACCI). | |
| dc.description.abstract | Industrialised countries are experiencing an increased electrical consumption with the extensive electrification of, e.g., industry and transport and the changing consumption patterns at the end-users. Further increased electrification is also a response to climate challenges. This shift leads to a higher dependency on the continuous supply of electric power from the power systems, and in most cases, higher system utilisation and operation closer to the limits. Increased operation costs and significant investments in infrastructure development is needed to increase the power system`s reliability in such a setting. New Information and Communications Technologies (ICTs) could help lower costs and improve the system`s reliability through better monitoring and automated solutions. Since high reliability is the target, the behaviour and interdependencies with the existing power system need to be assessed. In this project, a Monte Carlo Simulation (MCS) tool was developed to increase the understanding of the consequences on the reliability of a distribution system when new ICT equipment is integrated into the power system.
Physical and cyber interdependencies, with cascading failures, were the focus when implementing the modelling tool. Several cases were simulated using the MCS on the IEEE 69 bus test system. Each case changes one or more essential factors in the simulation, including; ICT components in the system, backup lines as a remedial action after a failure, and changes in failure rate or repair time of a component. The cases were discussed using both basic (1) and aggregated (2) reliability indices.
In general, the power system with ICT was more reliable than the power system without ICT. The sectioning time until a system failure is isolated plays a crucial role in the system`s reliability. The results may indicate that the reliability increases more with the introduction of ICT to have a quick sectioning time than having backup lines connected during failure in this power system.
The scenario with ICT is sensitive towards line repair time, as well as transformer failure rate and repair time. In addition, the ICT components (i.e. Disconnector, Communication Hub, and Communication Line) show some impact on the model indices, but generally much less than the contribution of lines and transformers on system failure rate.
From simulations where different factors in the system were changed, it is reasonable to conclude that the power system model corresponds well with the predicted behaviour of a real-world power system. It is more difficult to conclude if the ICT system behaviour is realistic, as there is limited research on the topic. Nevertheless, one could predict that the general increase in reliability observed in the simulations using an ICT system could occur. The conclusion is still uncertain, as the failure rate for the ICT components is questionable. However, an increase in the failure rate of the communication hubs showed a decrease in the system reliability, thus indicating their importance to reliability.
(1) Failure rate, unavailability, average failure duration, and Energy Not Supplied (ENS).
(2) System Average Interruption Frequency index (SAIFI), System Average Interruption Duration index (SAIDI), Customer Average Interruption Frequency index (CAIFI), Customer Average Interruption Duration index (CAIDI), Average Service Availability Index (ASAI), Average Energy Not Supplied (AENS), and Average Customer Curtailment Index (ACCI). | |
