Från N – 1-kriteriet till en planering
och drift av kraftnätet, grundad på
sannolikheter
Gothia Power jubileumsseminarium den 19 november
Liisa Haarla
Aalto Universitet / Fingrid Oyj
Innehållet
N − 1 kriteriet
Nästan alla använder N − 1, varför?
Varför vill man ersätta N − 1?
Ett exempel på en sannolikhetsbaserad metod
Forskning som letar efter sannolikhetsbaserade metoder
Hinder
Mot sannolikhetsbaserade metoder
Slutsats
20.11.2014
2
N−1
N−1
Systemet bör tolerera ett
tillfälligt och möjligt fel
och bortkoppling av en
komponent
• Deterministiskt kriterium
• Flera definitioner av
kriteriet
• De flesta nätbolagen i
världen följer N − 1
kriteriet
Ledningsfel
Brytare
20.11.2014
4
N−1
Man får en varierande säkerhet
Lätt att använda och förstå
Förhindrar inte storstörningar
Felfrekvensen för 400 kV ledningar (1/år) i Finland
enligt 30 års data) 5
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
4
3
2
1
0
[1]
20.11.2014
5
Varför vill man ersätta N − 1 med
sannolikhetsbaserade metoder?
Antal svar
0
Mer effektiv användning av nätet
2
4
6
8
10
More efficient grid use
Mer kapacitet till marknader
More transmission capacity given to the
market
capacity
given to the reserves and
Mindre kapacitet till reserver, merLess
till
kraftöverföring
more capacity to power transmission
Probabilistic methods would enable an
Man skulle få ett estimat av pålitlighet
estimate of the reliability
Increase in wind or other variable
Mer vind och annan varierande produktionproduction
[2]
20.11.2014
6
Sannolikhetsbaserad överföringskapacitet
Estimat av en storstörning i Finland [1/år] [1]
1
0,1
0,01
-2000
-1500
-1000
0,001
-500
Överföring från Sverige
till Finland i norr
0
500
1000
1500
2000
Överföring från Finland
till Sverige i norr
Probabilistiska metoder:
• Nätbolagen använder dessa
inte (ännu) mycket
• Kan åstadkomma en bättre
användning av systemet
• I princip kan leda till en
säkerhet som är tillräcklig
• Svår att använda, komplicerad,
behöver mycket data (som inte
finns?)
20.11.2014
7
Sannolikhetsbaserad
överföringskapacitet T >20
T <5
>20
>50
>50
>50
>200
T >5
T >200
T >20
N − 1 säker
överföringsområde
Estimerade intervaller mellan
systemkollaps i olika
månader
• Felfrekvenser varierar, leder
densamma överföringen till
olika intervaller under olika
månader
• Mindre överföringskapacitet
till marknaden under
sommaren om man skulle
vilja ha en jämn frekvens
Överföring
från
Finland till
Sverige
T >500
Apr
Feb
Jan
T >500
>200
Mar
Jun
May
Oct
Aug
Jul
Sep
Dec
Nov
T >50
Överföring
från
Sverige till
Finland
>200
>200
>50
>20
>5
T <5
>5
>50
[1]
20.11.2014
8
Forskning och utveckling
iTesla 2012–2015:
• "...of the pan-European electricity transmission network.
...carry out operational dynamic simulations in the frame of a
full probabilistic approach, thus going further that the
current “N-1” approach..." [3]
GARPUR 2013–2017:
• GARPUR: "Generally Accepted Reliability Principle with
Uncertainty modelling and through Probabilistic Risk
assessment" [4]
Billinton 1970
Billinton &
Allan 1992
20.11.2014
9
Vad förhindrar nätbolagen att använda
probabilitetsbaserade metoder?
Komplicerade beräkningar
Metoder är svåra att förstå
Det finns inte metoder
Förändringen skulle ta mycket tid
Motstånd till ändring
Inte data, inte exakta data, inte pålitliga data
Det skulle vara svårt att legitimera till samhället
Regleringen
Inte erfarenhet av sannolikhetsbaserade metoder
[2]
20.11.2014
10
Mot sannolikhetsbaserade
metoder
20.11.2014
11
Sannolikhetsbasserade metoder från
1990-talet och 2000-talet
Nordel 1992:
• Man accepterade större konsekvenser
efter mer allvarliga och sällsynta fel
Regeländringar:
• Från 2005 i Nederländerna har man
kunnat förbigå N − 1 om kostnaderna är
större än nyttan [5]
• Från 1995, avbrott av elförsörjning bör
registreras och rapporteras till Norges
vassdrags- og energidirektorat
20.11.2014
12
NERC räknar ett riskindex för varje dag
NERC Daily Severity Risk Index (SRI) Sorted Descending by Year with Historic Benchmark Days
[6]
20.11.2014
13
Brasilien: robusthet av systemet
RMCS
Antal N − 1 störningar utan lastbortkoppling
Antal N − 1 störningar
RSIN
Antal störningar utan lastbortkoppling
Antal störningar
[7]
20.11.2014
14
• Nätpålitlighetstandard (Grid
Reliability Standard) använder en
probabilistisk procedur där risken
för ett nätfel är balanserad mot
kostnaderna av felet [8, 9]
• I 2008 publicerades “External Peer
Review of Grid Reliability Standards
in New Zealand” av Strbac och
Djapid från Imperial College[10]
• Transpower uppdaterar sannolika
händelser åtminstone en gång vart
femte år, figuren från 2009 [11]
Förestående felfrekvens till alla
komponenter i samma klass
Nya Zeeland: både deterministiska och
sannolikhetsbaserade metoder
20
2
0,2
10
1
0,001 0,01 0,1
Förestående felfrekvens per komponent
20.11.2014
15
Slutsatser
Forskningen har redan medfört metoder och det finns ett stort
intresse att fortsätta den utvecklingen
Nätbolagen tycker att
• sannolikhetsbaserade metoder är komplicerade och inte mogna
• att det inte finns tillräckligt med data
• Dock några nätbolag har redan tagit steg till sannolikhetsbaserade
metoder och de ser ett behov att börja använda dem
Troligen kommer det att vara olika varianter av
sannolikhetsbaserade metoder
20.11.2014
16
Källor
[1] Jarno Lamponen, Liisa Haarla, Ritva Hirvonen: Towards Defined Security by Identifying and Quantifying Power
System Failure Sequences - Case Example with the Finnish Power System. 2014, PMAPS 2014 Durham England July 2014
[2] GARPUR Consortium D2.1: Current practices, drivers and barriers for new reliability standards. 7th framework
programme, EU Commission grant agreement 608540, 2014. Available at: http://www.garpur-project.eu/deliverables
[3] [iTesla] http://www.itesla-project.eu/
[4] http://www.garpur-project.eu/
[5] de Nooij, M.; Baarsma, B.; Bloemhof, G.; Slootweg, H.; Dijk, H. Development and application of a cost-benefit
framework for energy reliability. Using probabilistic methods in network planning and regulation to enhance social
welfare: The N-1 rule. Energy Economics, vol. 32, no. 6, pp. 1277–1282, 2010
[6] NERC. State of Reliability. May 2013. Available at:
http://www.nerc.com/pa/RAPA/PA/Performance%20Analysis%20DL/2013_SOR_May%2015.pdf
[7] Cisneiros S. J. N.; Gomes, P.; Brasil D. O. C.; Brasil, S. S. C. Brazilian power system: criteria, operating standard
metrics and performance indicators. CIGRE Session 2010. Paper C2-201_2010. Available at www.e-cigre.org
[8] New Zealand electricity Authority. Grid Code https://www.ea.govt.nz/code-and-compliance/the-code/
[9] NZ Electricity Commission. Noted from the Chair, May 2009. https://www.ea.govt.nz/dmsdocument/16709
[10] Goran Strbac and Predrag Djapic (Imperial College ). External Peer Review of Grid Reliability Standards in New
Zealand. Summary Report. www.ea.govt.nz/dmsdocument/988
[11] New Zealand electricity Authority. System operation and grid planning standards. Från mötet 18 august 2011.
http://www.ea.govt.nz/development/advisory-technical-groups/src/meeting-papers/2011/18aug11-2/
20.11.2014
17