{"id":191,"date":"2019-11-06T20:31:37","date_gmt":"2019-11-06T19:31:37","guid":{"rendered":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/?p=191"},"modified":"2023-02-09T13:23:28","modified_gmt":"2023-02-09T12:23:28","slug":"automatisk-overvaking-og-diagnostikk-av-kraftnettet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/2019\/11\/06\/automatisk-overvaking-og-diagnostikk-av-kraftnettet\/","title":{"rendered":"Automatisk overv\u00e5king og diagnostikk av kraftnettet"},"content":{"rendered":"

Eksisterende l\u00f8sninger og potensial for automatisk overv\u00e5king av kraftnettet er omtalt i denne artikkelen, skrevet av Jonas Nystad, vitenskapelig assistent ved UiT i Narvik, sommeren 2019.<\/em><\/p>\n

<\/p>\n

Introduksjon<\/h1>\n

Det finnes per dags dato ingen standarder for lading av sm\u00e5 elektriske fart\u00f8y. Den vanligste l\u00f8sningen er \u00e5 forsyne lading via en vanlig industristandard trefasekabel fra land og ombord i fart\u00f8yet. Det er ikke en optimal l\u00f8sning, men den fungerer. Hvis det skal satses p\u00e5 mindre elektriske fart\u00f8y er det viktig at det kommer en driftssikker og p\u00e5litelig ladel\u00f8sning p\u00e5 plass. Systemet i havnen eller p\u00e5 kai m\u00e5 v\u00e6re gjennomtenkt, og det b\u00f8r v\u00e6re integrert med \u00f8vrig str\u00f8mnett. Dette inneb\u00e6rer diagnostikk og overv\u00e5king av nettet, hvor man i sanntid har oversikt over lastflyt, eventuelle feil, og mulighet til \u00e5 initiere strakstiltak ved feilsituasjoner, eller om etterspurt effekt er h\u00f8yere enn nettet kan levere.<\/p>\n

Det finnes allerede gode alternativ p\u00e5 markedet n\u00e5r det kommer til kommunikasjon mellom b\u00e5t og ladestasjon, hvis man ser til elbil industrien. Utfordringen er \u00e5 ta det neste steget \u00e5 integrere automatisk kommunikasjon mellom ladeanlegg og str\u00f8mnettet.<\/p>\n

For st\u00f8rre ferger og st\u00f8rre skip med elektrisk og hybrid drift er det allerede etablert standarder for landstr\u00f8m og lading, og det er et p\u00e5g\u00e5ende arbeid med \u00e5 skape gode l\u00f8sninger for \u00e5 drifte slike fart\u00f8y. Det er et enormt fokus p\u00e5 \u00e5 redusere utslipp fra transportsektoren, hvor majoriteten av varer og gods blir transportert via sj\u00f8. Cruiseb\u00e5ter b\u00f8r ogs\u00e5 nevnes da disse b\u00e5tene forurenser mye lokalt, gjerne konsentrert p\u00e5 spesielle steder.<\/p>\n

Det er ogs\u00e5 stor velvilje i sj\u00f8n\u00e6ringen for \u00e5 elektrifisere sm\u00e5b\u00e5ter. Ett av problemene er at standardene rundt lading av sm\u00e5 elektriske b\u00e5ter ikke er godt utviklet enn\u00e5. Derfor er tanken \u00e5 se hva man kan l\u00e6re av elbil industrien, og bruke l\u00f8sninger som er velutpr\u00f8vd og som i de siste \u00e5rene har opplevd en enorm vekst.<\/p>\n

Dagens nett og hensyn til \u00f8vrig nett<\/h3>\n

Elektrifiseringen av sm\u00e5b\u00e5ter er en omfattende prosess fordi det omfatter mye mer enn kun b\u00e5ten. Med tradisjonelle framdrifts teknologier, som diesel, g\u00e5r et firma til innkj\u00f8p av b\u00e5t og n\u00f8dvendig infrastruktur for \u00e5 drifte b\u00e5ten, som drivstofftank etc. Med elektriske b\u00e5ter kommer det flere akt\u00f8rer p\u00e5 banen, og man m\u00e5 spesielt s\u00f8rge for at omr\u00e5dene hvor b\u00e5tene skal driftes har tilstrekkelig tilf\u00f8rsel av elektrisk energi for lading.<\/p>\n

Hvis flere b\u00e5ter som skal lade samtidig vil det kreve ganske stor effekt. Ta den helelektriske GMV Zero som eksempel. Den g\u00e5r n\u00e5 (juli 2019) i pr\u00f8vedrift som r\u00f8kterb\u00e5t for oppdrettsn\u00e6ringen. Denne b\u00e5ten lades ved industristandard trefasekabel og kontakt. Ladingen trekker ca. 2 x 87 kW, det tilsvarer 2 * 125 A ved 400 V. Om sj\u00f8n\u00e6ringen skal elektrifisere b\u00e5tparken vil det v\u00e6re snakk om at flere tilsvarende b\u00e5ter skal lade samtidig. N\u00e5r det blir normalt med elektriske b\u00e5ter til i sj\u00f8n\u00e6ringene snakker vi om store effekter ved hver havn hvor ladingen skal foreg\u00e5. Det er derfor viktig at man f\u00e5r p\u00e5 plass smarte anlegg som kan \u00abf\u00f8le\u00bb p\u00e5 hvordan situasjonen i \u00f8vrig nett er og tilpasse ladingen deretter.<\/p>\n

Mange av anleggene knyttet til sj\u00f8n\u00e6ringen er lokalisert p\u00e5 steder hvor str\u00f8mforsyningen ikke n\u00f8dvendigvis er robust. Derfor kan det i tillegg v\u00e6re lurt \u00e5 vurdere lokal energilagring og energiproduksjon p\u00e5 disse stedene. For eksempel sm\u00e5skala vindturbiner og solceller i umiddelbar n\u00e6rhet til kaien. Det har en h\u00f8y investeringskostnad, men for nettselskapene sin del vil det v\u00e6re med p\u00e5 \u00e5 bedre driftssituasjonen i nettet. Og for bedriften sin del vil det v\u00e6re et godt tiltak for kostnadsreduksjon om et eventuelt effektledd i energiprisen kommer. Og med tanke p\u00e5 reduserte driftskostnader i forhold til diesel drift s\u00e5 vil nok energilagring l\u00f8nne seg.<\/p>\n

Gjennomgang av sentrale temaer<\/h2>\n

Utfordringer ved “enkel lading”<\/h3>\n

Hvis tilkoblingen mellom b\u00e5t og kai kun er en industristandard trefasekabel og stikk er det veldig begrenset i hvilken grad man kan kontrollere effekten. Batteriet vil da trekke den effekten det krever for \u00e5 lade. I eksemplet over med GMV Zero vil det si ca. 184 kW per b\u00e5t. Hvis omkrigliggende utstyr ikke er dimensjonert for en slik effekt vil utstyret kunne overopphetes og utl\u00f8se respektive vern for \u00e5 beskytte seg selv, og dermed sette en effektiv stopper for tilf\u00f8rselen. Det har blant annet v\u00e6rt tilfeller hvor st\u00f8rre skip som kobler seg til landstr\u00f8m for \u00e5 kunne sl\u00e5 av motorene n\u00e5r det ligger til kai, har mistet tilf\u00f8rselen fullstendig fordi str\u00f8mmen har v\u00e6rt for stor for utstyret. Det skjedde fordi utstyret kuttet tilf\u00f8rselen for \u00e5 beskytte seg selv.<\/p>\n

Uten god kommunikasjon mellom utstyret p\u00e5 land og utstyret i b\u00e5ten vil dette kunne v\u00e6re en utfordring ogs\u00e5 for sm\u00e5 fart\u00f8y. Det b\u00f8r i det minste v\u00e6re mulighet til \u00e5 kunne styre effekten til lading basert p\u00e5 hva som skjer i str\u00f8mnettet.<\/p>\n

Transformatorens rolle<\/h3>\n

I tillegg til \u00e5 transformere spenningen i h\u00f8yspentnettet ned, fungerer transformatoren som et galvanisk skille mellom str\u00f8mnettet og den elektriske installasjonen til anlegget. Det er krav om galvanisk skille mellom \u00f8vrig nett og ladeanlegget. Et galvanisk skille betyr at to str\u00f8mkretser er fysisk separerte, og kun koblet sammen magnetisk. Transformatoren overf\u00f8rer effekt via magnetfelt derfor er den \u00e5 regne som et galvanisk skille. Dette bidrar bl.a. til \u00e5 stoppe jordfeilstr\u00f8mmer fordi de to kretsene (forsyningsnettet og kaien) er avskilt.<\/p>\n

Spenningen transformeres fra nettspenning i regionalnettet, ned til 400 V. Spenningen i regionalnettet varierer i de forskjellige deler av Norge, men ligger typisk p\u00e5 33 kV – 132 kV.<\/p>\n

En lovende teknologi som det forskes mye p\u00e5 for tiden er Solid State Transformer (SST)<\/strong>. Der er en komponent som allerede har begynt sitt inntog i markedet. Flere av de store konsernene arbeider med \u00e5 gj\u00f8re SST til hyllevare. Derav navn som ABB, Siemens, Schneider Electric, GE med flere [1]. I fremtiden kan SST vise seg \u00e5 erstatte den tradisjonelle lavfrekvente transformatoren (LFT), og samtidig f\u00f8re med seg en rekke fordeler.<\/p>\n

Kort forklart er det en transformator best\u00e5ende av kraftelektronikk, hvor st\u00f8rrelsen p\u00e5 transformatorkjernen er kraftig redusert som fist i figur 1.<\/p>\n

\"Isolated<\/p>\n

Figur 1 – Prinsippskisse for SST [1]<\/em><\/p>\n

Per n\u00e5 er vekten p\u00e5 en SST litt lavere enn en LFT, men den er fortsatt for tung til \u00e5 plassere ombord p\u00e5 sm\u00e5 fart\u00f8y [2], og den vil derfor v\u00e6re godt egnet hvis den plasseres p\u00e5 land. St\u00f8rrelsen p\u00e5 transformatorkjernen kan reduseres fordi frekvensen i kjernen er \u00f8kt fra nettfrekvens (50 Hz) og opp til flere kHz. Grunnleggende transformatorteori forklarer dette godt, vi kan ta en rask titt p\u00e5 transformatorlikningen er vist i<\/p>\n

E = 4.44 * N * f * \u03c6max<\/sub>,<\/em><\/p>\n

der E<\/em> er indusert spenning, N<\/em> er forholdet mellom antall vindinger p\u00e5 prim\u00e6r og sekund\u00e6r side, f<\/em> er freksensen i transformatorkjernen og \u03c6max<\/sub><\/em> er st\u00f8rrelsen p\u00e5 det magnetiske feltet.<\/p>\n

Forholdet mellom frekvensen (f) og st\u00f8rres p\u00e5 magnetfeltet (\u03c6max<\/sub>) er omvendt proporsjonalt. Det betyr for eksempel at hvis frekvensen i kjernen \u00f8kes med en faktor p\u00e5 200, kan jernkjernen reduseres med samme faktor. I tillegg til vesentlig reduksjon i st\u00f8rrelse, tilbyr en Solid State Transformer flere fordeler over tradisjonelle lavfrekvente transformatorer.<\/p>\n

Hvilke muligheter kan SST tilby<\/h3>\n

Hvis man skal oppn\u00e5 en \u00f8kt grad av kontroll og diagnostikk i str\u00f8mnettet, vil det \u00e5 bytte ut tradisjonelle LFT med SST gi mange muligheter. Blant annet [3]:<\/p>\n

    \n
  • Isolering av feilstr\u00f8mmer mellom prim\u00e6r og sekund\u00e6r side<\/li>\n
  • Regulering av reaktiv effekt (gunstig i radialer og ved anlegg med lang overf\u00f8ring)<\/li>\n
  • Filtrering av st\u00f8y fra prim\u00e6r til sekund\u00e6r side og vice versa.<\/li>\n
  • Isolasjon av overharmoniske str\u00f8mmer og spenninger<\/li>\n
  • Spenningsregulering, str\u00f8mregulering p\u00e5 sekund\u00e6rsiden og prim\u00e6rsiden (Effektregulering. Fjerner behovet for \u00e5 trinne transformatoren)<\/li>\n
  • Mulighet for DC og AC samtidig p\u00e5 sekund\u00e6rsiden<\/li>\n
  • Liten i st\u00f8rrelse, kan kanskje unng\u00e5 egen trafokiosk<\/li>\n
  • Mulighet for avansert fjernstyring<\/li>\n
  • Fri for milj\u00f8skadelig olje<\/li>\n<\/ul>\n

    SST kan forsynes med 50 Hz AC fra str\u00f8mnettet og gi ut b\u00e5de AC og DC i \u00f8nsket spenningsniv\u00e5 p\u00e5 andre siden. P\u00e5 den m\u00e5ten er man i stand til \u00e5 skille ladeanlegget fra \u00f8vrig forbruk i bedriften p\u00e5 forskjellige samleskinner. Hvor \u00f8vrig forbruk er koblet til en AC-samleskinne, og ladeanlegget en DC-samleskinne. Ved \u00e5 koble ladeanlegget p\u00e5 DC reduserer man problematikk med jordfeilstr\u00f8mmer, og man kan redusere antall omformerledd (AC\/DC).<\/p>\n

    Det er enkelt \u00e5 se at SST kan v\u00e6re en sentral komponent i arbeidet med \u00e5 utvikle fremtidens str\u00f8mnett og framdrifts systemer med \u00f8kt integrering av fornybar energi. Det finnes l\u00f8sninger med tanke p\u00e5 \u00e5 integrere str\u00f8mnettet og ladeanlegg som allerede er p\u00e5 markedet i dag, ogs\u00e5 ved \u00e5 bruke den \u00abvanlige\u00bb lavfrekvente transformatoren. Men det vil kreve ekstra utstyr og flere komponenter.<\/p>\n

    Kommunikasjon<\/h3>\n

    N\u00e5r man snakker om kommunikasjon menes det kommunikasjon mellom b\u00e5t og ladestasjon, og mellom ladestasjon og str\u00f8mnettet. For kommunikasjon mellom b\u00e5t og ladestasjon finnes det allerede mange gode alternativer p\u00e5 markedet. For kommunikasjon mellom ladestasjon og str\u00f8mnettet er ting litt vanskeligere. Samkj\u00f8ringen og delegeringen mellom ladestasjonene kan for eksempel gj\u00f8res ved \u00e5 benytte \u00abWINSmartEV\u00bb \u2013 software basert overv\u00e5king og kontroll og styresystem for flere ladere p\u00e5 samme krets, systemer basert p\u00e5 CAN-bus eller liknende l\u00f8sninger [4].<\/p>\n

    For tr\u00e5dl\u00f8s kommunikasjon kan det v\u00e6re aktuelt \u00e5 bruke f\u00f8lgende protokoller\/standarder<\/p>\n

      \n
    • ZigBee wireless communication er en tr\u00e5dl\u00f8s protokoll som er basert p\u00e5 IEEE 802.15.4 standarden. Den har lav overf\u00f8ringskapasitet, men er enkel, billig og p\u00e5litelig.<\/li>\n
    • Wifi \u2013 har b\u00e5de god rekkevidde og god kapasitet for dataoverf\u00f8ring<\/li>\n
    • 3G\/4G\/LTE \u2013 relativt velutbygd i Norge, og har god kapasitet for dataoverf\u00f8ring<\/li>\n<\/ul>\n

      Kommunikasjon via kabel kan gj\u00f8re p\u00e5 flere m\u00e5ter:<\/p>\n

        \n
      • PLC (Power Line Communication<\/li>\n
      • Dedikerte fysiske kommunikasjons kanaler integrert i ladekabelen<\/li>\n
      • HomePlug Green PHY \u2013 PLC<\/li>\n<\/ul>\n

        Integrering mellom ladeanlegg og str\u00f8mnettet forskes mye p\u00e5 og mange l\u00f8sninger er aktuelle [5]. For eksempel:<\/p>\n

          \n
        • Efficient XML Interchange (EXI), en standard som utvikles av ISO\/IEC og bruker PLC (Power Line Communication)<\/li>\n
        • Samkj\u00f8ring via dedikerte sendere som benytter 4G\/LTE<\/li>\n
        • Dedikerte fiberoptiske kabler som knytter sammen transformatorstasjoner med ladeanlegg(ene)<\/li>\n<\/ul>\n

          Responstid og kapasitet p\u00e5 kommunikasjonen mellom b\u00e5t og kai er ikke avgj\u00f8rende for om man g\u00e5r for den ene eller den andre l\u00f8sningen. Det har ingen konsekvenser om det tar ett eller ti sekunder f\u00f8r ladingen starter har ingen ting \u00e5 si for driften av b\u00e5tene.<\/p>\n

          Til \u00e5 begynne med trenger man kanskje ikke veldig avansert kommunikasjon med nettet. Det kan v\u00e6re nok at n\u00f8kkelutstyr har oversikt over lastflyten og ledig kapasitet. Med det s\u00f8rger man i det minste for \u00e5 ikke overbelaste nettet. Om utstyret som kommuniserer med \u00f8vrig nett er forh\u00e5ndsprogrammert med linjedata for n\u00e6rliggende nett, s\u00e5 kan den regne ut hvor mye effekt som kan leveres ut ifra st\u00f8rrelsen p\u00e5 str\u00f8mmen som flyter i nettet. Dette gir ingen smart regulering, men man s\u00f8rger for \u00e5 ha en god nok styring av lading med hensyn til \u00f8vrig nett.<\/p>\n

          Integrasjon med str\u00f8mnettet<\/h3>\n

          Uansett hvilken transformatorteknologi man velger, b\u00f8r man ha en m\u00e5te \u00e5 vite hva som foreg\u00e5r i str\u00f8mnettet, for \u00e5 kunne kontrollere ladestasjonene med hensyn til str\u00f8mnettet. Det er flere m\u00e5ter \u00e5 gj\u00f8re dette p\u00e5. En enkel og grei l\u00f8sning kan v\u00e6re \u00e5 plassere en kontroller ved hvert respektive anlegg som har blitt forh\u00e5ndsprogrammert med linjedata fra nettet som forsyner transformatoren, og som i sanntid overv\u00e5ker spenningen og str\u00f8mflyten i linjen. P\u00e5 denne m\u00e5ten, ved \u00e5 vite nettforsyningen str\u00f8mbegrensning, kan kontrolleren anta hvor mye effekt ladeanlegget kan trekke uten at det skaper problemer. Kontrolleren sender signal videre til en stasjon som styrer og delegerer hvert enkelt ladepunkt, og delegerer effekt til de respektive b\u00e5tene basert p\u00e5 prioritet og ladeeffekt.<\/p>\n

          Lysbue<\/h3>\n

          Lysbue er et fenomen som kan oppst\u00e5 i elektriske anlegg. Det kan forklares som en lysende, buet str\u00f8mbane som g\u00e5r mellom to str\u00f8mf\u00f8rende metaller gjennom luften. Lysbue er ekstremt farlig av mange grunner, men mest p\u00e5 grunn av den h\u00f8ye temperaturen som utvikles, som kan komme opp i flere tusen grader celsius [6].<\/p>\n

          Prim\u00e6rt er det st\u00f8rst fare for lysbue hvis det oppst\u00e5r feil i det elektriske anlegget, skader p\u00e5 kabelisolasjon etc. Og med tanke p\u00e5 at utstyret i mange tilfeller vil bli utsatt for hardt v\u00e6r og mye tung bruk kan personell som opererer ladeustyret, spesielt ved til og fra kobling av ladekabel v\u00e6re utsatt for \u00f8kt risiko ovenfor lysbue. Det er spesielt viktig \u00e5 sikre at operasjon av utstyret gj\u00f8res sikkert. Det er st\u00f8rst fare for lysbue ved bruk av vanlig trefasekabel, hvor det eneste laget med beskyttelse er vernet som skal slukke lysbuen. Dedikert ladeutstyr vil ha flere lag med sikkerhet innebygd, b\u00e5de i vern, fysisk beskyttelse i utstyret, og i programvaren. Dette er nok en grunn til \u00e5 bevege seg bort i fra tilkobling via vanlig trefase.<\/p>\n

          Spenningskvalitet<\/h3>\n

          En viktig del med \u00e5 styre str\u00f8mnettet p\u00e5 en god m\u00e5te er \u00e5 s\u00f8rge for god spenningskvalitet til enhver tid. Dette betyr bl.a. at spenningsniv\u00e5et m\u00e5 v\u00e6re innenfor grenseverdiene. Hvis spenningen skulle \u00f8ke eller synke for mye kan tilkoblet utstyr bli skadet.<\/p>\n

          En karakteristikk med str\u00f8mnettet er at spenningen vil synke n\u00e5r belastningen \u00f8ker, og \u00f8ke n\u00e5r belastningen synker. Man har m\u00e5ter \u00e5 styre dette p\u00e5 den dag i dag. Vanligvis er det nettselskapet som har kontroll p\u00e5 dette. Lange utstrakte overf\u00f8ringslinjer og avsidesliggende deler av nettet som ligger langt unna kraftverk er spesielt utsatt for utfordringer med spenningskvaliteten. Noe som vil v\u00e6re tilfelle for mange fremtidige ladeanlegg.<\/p>\n

          Ladeanlegg for b\u00e5ter vil v\u00e6re \u00e5 anse som store elektriske laster. Et plutselig utfall av et st\u00f8rre ladeanlegg vil f\u00f8re til at spenningen \u00f8yeblikkelig stiger i omkringliggende nett. P\u00e5 samme m\u00e5te vil spenningen synke om flere b\u00e5ter kobles til for lading samtidig. Derfor er det viktig at man f\u00e5r p\u00e5 plass gode verkt\u00f8y for overv\u00e5kning og diagnostikk i ladeanleggene. Ogs\u00e5 her vil en Solid State Transformer kunne gi muligheter for kontroll som i dag krever annet utstyr. Hvis anleggene er store nok, og ligger langt fra n\u00e6rmeste kraftverk vil det v\u00e6re gunstig \u00e5 installere kondensatorbatterier og reaktorspoler ved anlegget. Disse to komponentene er sentral for \u00e5 regulere spenningen i vekselstr\u00f8ms nett.<\/p>\n

          Installere lokal energilagring<\/h3>\n

          I situasjoner hvor nettet ikke er i stand til \u00e5 levere \u00f8nsket effekt til lading kan en lokal batteribank forsyne anlegget, som kan lades sakte opp n\u00e5r b\u00e5tene ikke ligger til kai. I tillegg kan lokal energiproduksjon lade opp batteribanken. Dette kan v\u00e6re solceller, eller sm\u00e5 vindturbiner. Om sommeren n\u00e5r det er best grunnlag for utnyttelse av solenergi er ogs\u00e5 v\u00e6ret roligst, og nettet er mindre belastet enn det er p\u00e5 vinterstid. Om vinteren n\u00e5r nettet er mest belastet bl\u00e5ser det mest. Da kan vindturbiner bidra til \u00e5 lade enten b\u00e5tene eller batteribanken.<\/p>\n

          L\u00f8sninger<\/h1>\n

          Oversikt over forskjellige l\u00f8sninger<\/h2>\n

          Per dags dato finnes det ingen utbredt standard for ladel\u00f8sninger ved sm\u00e5 havner eller sm\u00e5 sj\u00f8n\u00e6ringsanlegg. \u00abState of the art\u00bb ladel\u00f8sning i dag er tilkobling via en vanlig trefasekabel koblet rett i en trefase stikk. Dette medf\u00f8rer kontroll i veldig liten grad da det kun er lasten som avgj\u00f8r ladeeffekten uten kommunikasjon med utstyr p\u00e5 land. Selv om denne l\u00f8sningen fungerer for de f\u00e5 b\u00e5tene som er i drift i dag, er denne m\u00e5ten \u00e5 lade p\u00e5 ikke s\u00e6rlig skalerbar. For \u00e5 kunne serve en fl\u00e5te av elektriske fart\u00f8y er det n\u00f8dvendig med en gjennomtenkt, standardisert og skalerbar l\u00f8sning.<\/p>\n

          En mulig l\u00f8sning kan se ut som f\u00f8lger. Hver b\u00e5t b\u00f8r utstyres med utstyr for \u00e5 kommunisere med ladestyring p\u00e5 land, aller helst tr\u00e5dl\u00f8st for \u00e5 redusere vekt p\u00e5 ladekabel. Ladestasjonen kommuniserer med en sentral styring, som styrer og fordeler effekt og ladeprioritet for alle ladepunktene. Den sentrale styringen kommuniserer med en kommunikasjons-hub som har oversikt over driftssituasjonen i n\u00e6rliggende str\u00f8mnettet og kan bestemme hvor mye effekt som kan tildeles til lading.<\/p>\n

          Som reservel\u00f8sning m\u00e5 b\u00e5ten ogs\u00e5 ha flere m\u00e5ter \u00e5 kommunisere med utstyr p\u00e5 land, hvis den tr\u00e5dl\u00f8se kommunikasjonen (3G\/4G\/LTE\/WIFI\/ZigBee) skulle v\u00e6re ute av drift av hvilken som helst grunn. Hvis man for eksempel bruker CAN-bus som grunnstein [4], kan man samkj\u00f8re kommunikasjonen mellom forskjellige b\u00e5ter som er koblet til ladestasjonen tr\u00e5dl\u00f8st og via kabel. Hvis tr\u00e5dl\u00f8st utstyr svikter ombord, har man fortsatt mulighet \u00e5 koble seg til via kabel, og fortsatt ha mulighet til \u00e5 lade batteriene.<\/p>\n

          Gjennomgang av tre alternativer<\/h2>\n

          Figur 2 viser en oversikt over tre forskjellige ladel\u00f8sninger.<\/p>\n

          \"Tre<\/p>\n

          Figur 2 – Konseptskisse over forskjellige l\u00f8sninger<\/em><\/p>\n

          Alternativ 1: Industristandard trefasekabel og stikk<\/h3>\n

          Alternativ 1 beskriver et anlegg som har mulighet til \u00e5 forsyne en b\u00e5t med str\u00f8m via en vanlig industristandard trefasekabel og kontakt. Per dags dato (midten av 2019) er dette standard for de f\u00e5 b\u00e5tene som blir drevet utelukkende av elektrisk framdrift. Denne l\u00f8sningen er ikke \u00f8nskelig, ei heller smart \u00e5 ta med videre. Det frar\u00e5des at nye anlegg vurderer denne m\u00e5ten \u00e5 lade sine elektriske fart\u00f8y p\u00e5. Den tilbyr lav eller ingen form for automatisk diagnostikk og kontroll, og kan v\u00e6re begrensende hvis det er flere b\u00e5ter som skal lade samtidig.<\/p>\n

          Alternativ 1 (illustrert i figur 2) beskriver en driftssituasjon hvor ladingen har en egen dedikert kurs med vern for overspenning, overstr\u00f8m, lysbue, og jordfeil. Forsyningen fra land til b\u00e5ten er en vanlig industristandard trefasekabel med spenningsniv\u00e5 p\u00e5 400 V, koblet i en trefase industristandard stikk. Effekten kan dimensjoneres etter behov. Men et potensielt problem med st\u00f8rre effektoverf\u00f8ringer er tverrsnittet p\u00e5 kabelen, og f\u00f8lgelig vekt p\u00e5 kabelen.<\/p>\n

          Selv om man kan oppn\u00e5 en relativt h\u00f8y ladeeffekt, b\u00e5de enkelt og billig, er l\u00f8sningen begrenset med tanke p\u00e5 kommunikasjon mellom lader og b\u00e5t, og begrenset i form av hvor mye den kan utvides og oppgraderes. All styring og kontroll m\u00e5 eventuelt skje i systemene ombord i b\u00e5ten.<\/p>\n

          Erfaringer man har gjort ved bruk av denne l\u00f8sningen sier at kabelen kan bli tung og krevende \u00e5 operere for mannskapet n\u00e5r effekten p\u00e5 ladingen \u00f8ker (vekten p\u00e5 kabelen blir h\u00f8y).<\/p>\n

          AMS-m\u00e5lere kan utnyttes for \u00e5 holde oversikt over effektbruken ved ladingen og p\u00e5 den m\u00e5ten gj\u00f8r at nettselskapet har oversikt over driftssituasjonen, men det vil allikevel ikke gi s\u00e6rlig med kontroll over ladesituasjonen.<\/p>\n

          Alternativ 2: Bruke utstyr fra elbil industrien<\/h3>\n

          Denne l\u00f8sningen er inspirert av l\u00f8sninger for elbil lading, som er en velutviklet og velutpr\u00f8vd teknologi. Pluggen mellom kabel og b\u00e5t b\u00f8r minst v\u00e6re av type 2. Alternativ 2 beskriver et senario hvor dedikert utstyr for lading kan installeres i et eksisterende anlegg.<\/p>\n

          En LFT er koblet til nettet og transformerer spenningen ned fra respektiv spenning i regionalnettet, til 400 V. Transformatoren forsyner en samleskinne hvor resten av anlegget og ladekretsen er tilkoblet. Ladepunktene er utstyrt med n\u00f8dvendig vern for jordfeil, lysbue, overspenning og overstr\u00f8m.<\/p>\n

          B\u00e5ten og ladestasjonen kommuniserer med hverandre. Prosessen fungerer som f\u00f8lger:<\/p>\n

            \n
          1. Kabelen kobles til b\u00e5ten.<\/li>\n
          2. Ladestasjonen spenningssetter kabelen med en lav spenning (typisk 24 V) for \u00e5 sjekke om alt fungerer som det skal. Ved \u00e5 sjekke for jordfeil, lekkstr\u00f8mmer etc. Hvis alt er ok gir ladestasjonen kontrollen over til b\u00e5ten.<\/li>\n
          3. B\u00e5ten gir informasjon til laderen om spenningsniv\u00e5 i batteriet, SoC, og \u00f8nsket ladeeffekt.<\/li>\n
          4. Ladingen starter.<\/li>\n
          5. Det er kontinuerlig kommunikasjon mellom b\u00e5t og ladestasjon, og b\u00e5ten justere konstant ladeeffekt for \u00e5 bevare utstyr og batteri best mulig. Dette p\u00e5g\u00e5r til ladingen er ferdig<\/li>\n<\/ol>\n

            Kommunikasjonen kan gj\u00f8res p\u00e5 forskjellige m\u00e5ter, avhengende av hvilken type ladestasjon, kabel og kommunikasjonsprotokoll som benyttes. Det er \u00f8nskelig at all n\u00f8dvendig kommunikasjon g\u00e5r gjennom samme kabel. Enten via PLC (Power Line Communication), eller egne dedikerte fysiske kommunikasjonskanaler i kabelen. CCS, type 2 & 3, og CHAdeMO tilbyr bl.a. denne muligheten. B\u00e5de for enkelhet skyld og for \u00e5 holde vekten p\u00e5 kabel s\u00e5 lav som mulig.<\/p>\n

            I og med at det er b\u00e5ten som styrer ladingen vil en b\u00e5t kunne lade ved alle anlegg som har tilsvarende ladestasjoner tilgjengelig, alts\u00e5 b\u00e5ten vil ikke v\u00e6re bundet til sitt driftsomr\u00e5de. Bakdelen med dette alternativet er at det ikke er noen kommunikasjon med \u00f8vrig nett, og dermed ingen samkj\u00f8ring mellom ladestasjonene nettet. Det vil v\u00e6re mulig \u00e5 f\u00e5 til, men poenget er \u00e5 illustrere hvordan en l\u00f8sning av det enklere slaget vil se ut. Dette kan v\u00e6re et problem i omr\u00e5der som ikke har et sterkt forsyningsnett, og hvor str\u00f8mforsyningen er begrenset. I og med at mange av industrianleggene til fisken\u00e6ringen ligger p\u00e5 avsidesliggende steder vil det v\u00e6re gunstig \u00e5 ha en kommunikasjon med \u00f8vrig nett slik at effekten som leveres til laderne fra nettet hele tiden kan fordeles p\u00e5 best mulig m\u00e5te. Kommunikasjon om driftssituasjon, eventuelle feil, og hvor \u00abnettet\u00bb kan sette begrensninger for ladestasjonene.<\/p>\n

            Alternativ 3: Skreddersydd l\u00f8sning<\/h3>\n

            Alternativ 3 viser et anlegg hvor b\u00e5ten kommuniserer med ladestasjon. Ladestasjonen styres av en kontroll-hub som har oversikt over hvordan situasjonen i forsyningsnettet er til enhver tid. Som figur 2 viser, er all kommunikasjon mellom b\u00e5ten og ladestasjonen tr\u00e5dl\u00f8s.<\/p>\n

            En kontroll HUB har til enhver tid oversikt over driftssituasjonen i \u00f8vrig nett, og dermed hvor mye effekt som er tilgjengelig. Kontroll HUB\u00b4en signaliserer ladestyringen om hvor mye effekt som totalt kan forsynes fra nettet, og videre delegerer ladestyringen effekt til de forskjellige b\u00e5tene, hvor effekt til hver b\u00e5t styres av prioritet ut ifra hva b\u00e5ten \u00f8nsker av effekt, og n\u00e5r b\u00e5ten gir signal om hvor raskt den trenger \u00e5 lades opp.<\/p>\n

            Ved \u00e5 bruke en Solid State Transformer (SST) i stedet for en tradisjonell lavfrekvent transformator (LFT) oppn\u00e5r man en mye bedre kontroll og oversikt over anlegget. Samleskinne for \u00f8vrig forbruk og samleskinne for ladestasjonene er separert. Hvor de opererer p\u00e5 vekselstr\u00f8m og likestr\u00f8m respektivt. Tradisjonell LFT kan ogs\u00e5 brukes i stedet for SST. Dette vil dog kreve en del tilleggsutstyr. Prosessen er ganske lik som i alternativ 2, forskjellen er kommunikasjonen mellom utstyret. Den fungerer som f\u00f8lger:<\/p>\n

              \n
            1. Ladekabelen kobles til b\u00e5ten<\/li>\n
            2. Ladestasjonen spenningssetter kabelen med en lav spenning (typisk 24 V) for \u00e5 sjekke om alt fungerer som det skal ved \u00e5 sjekke for jordfeil, lekkstr\u00f8mmer etc. Hvis alt er ok gir ladestasjonen kontrollen over til b\u00e5ten.<\/li>\n
            3. B\u00e5ten gir informasjon til ladestyringen om spenningsniv\u00e5 i batteriet, SoC, \u00f8nsket ladeeffekt, og \u00f8nsket tidspunkt for full lading. Dette skjer tr\u00e5dl\u00f8st. Eller via kabel hvis tr\u00e5dl\u00f8st utstyr er satt ut av drift av hvilken som helst grunn<\/li>\n
            4. B\u00e5ten sender signal til ladestyringen om \u00f8nsket ladeeffekt. Ladestyringen forteller s\u00e5 ladestasjonen om hvor mye effekt b\u00e5ten kan bli tildelt. Denne kommunikasjonen foreg\u00e5r kontinuerlig<\/li>\n
            5. Ladingen starter, og ladestasjonen justerer ladeeffekt ut ifra hva ladestyringen sier. Det er kontinuerlig kommunikasjon med ladestasjon gjennom hele ladeprosessen, og ladeeffekt justeres for \u00e5 bevare utstyr og batteri best mulig<\/li>\n
            6. Det er kontinuerlig kommunikasjon mellom ladestyring og kontroll-huben, hvor kontroll-huben hele tiden forteller ladestyringen om hvor mye total effekt som er tilgjengelig<\/li>\n
            7. Ladestyringen fordeler ladeeffekt til forskjellige ladestajsonene basert p\u00e5 hvilken prioritet b\u00e5ten har gitt uttrykk for, og gjenst\u00e5ende ladetid.<\/li>\n<\/ol>\n

              Konklusjon<\/h1>\n

              Elektriske fart\u00f8y er enn\u00e5 p\u00e5 forskningsstadiet. De f\u00e5 b\u00e5tene som er i drift n\u00e5, g\u00e5r som pr\u00f8veprosjekter i oppdrettsn\u00e6ringen. Disse pr\u00f8veb\u00e5tene lades via en standard trefasekabel. For disse b\u00e5tene fungerer dette greit, men det er all grunn til \u00e5 tro at ettersp\u00f8rselen etter helelektriske sm\u00e5b\u00e5ter vil ta av n\u00e5r pr\u00f8vedriften har bevist at teknologien fungerer, og barnesykdommene har blitt luket ut. F\u00f8r fl\u00e5ten av helelektriske b\u00e5ter kommer b\u00f8r vi bli enige om l\u00f8sninger for lading av fart\u00f8yene, og skape l\u00f8sninger som er gunstige og p\u00e5litelige b\u00e5de for sj\u00f8n\u00e6ringen og for alle som er involvert i \u00e5 drifte str\u00f8mnettet som forsyner b\u00e5tene med elektrisk energi.<\/p>\n

              Det eksisterer per dags dato liten form for automatisk diagnostikk og detalj-kontroll for laster i nettet. Derfor anbefales det at det som et minimum installeres dedikerte ladel\u00f8sninger som har kommunikasjon og kontroll mellom b\u00e5t og ladepunkt. Og helst en komplett l\u00f8sning som tilbyr fullstendig kontroll over lading med god automatisk kommunikasjon med \u00f8vrig forsyningsnett.<\/p>\n

              Referanser<\/h1>\n

              [1]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 M. Insights. “Solid State Transformers (SST) Industry 2018 Market Research Report.” https:\/\/www.millioninsights.com\/industry-reports\/solid-state-smart-transformer-market?utm_source=blogging&utm_medium=referral&utm_campaign=weebly_rupali_9oct&utm_content=content<\/a> (accessed 02.07.2019.<\/p>\n

              [2]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 G. Guerra and J. A. Martinez-Velasco, “A Solid State Transformer model for power flow calculations,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, <\/em>vol. 89, pp. 40-51, 2017\/07\/01\/ 2017, doi: https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.ijepes.2017.01.005<\/a>.<\/p>\n

              [3]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 N. Verma, N. Singh, and S. Yadav, “Solid State Transformer for Electrical System: Challenges and Solution,” in 2018 2nd International Conference on Electronics, Materials Engineering & Nano-Technology (IEMENTech)<\/em>, 4-5 May 2018 2018, pp. 1-5, doi: 10.1109\/IEMENTECH.2018.8465315.<\/p>\n

              [4]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 A. Shepelev, C. Chung, C. Chi-Cheng, and R. Gadh, “Mesh network design for smart charging infrastructure and electric vehicle remote monitoring,” in 2013 International Conference on ICT Convergence (ICTC)<\/em>, 14-16 Oct. 2013 2013, pp. 250-255, doi: 10.1109\/ICTC.2013.6675352.<\/p>\n

              [5]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 H. G\u00f6zde, M. C. Taplamac\u0131o\u011flu, M. Ar\u0131, and H. Shalaf, “4G\/LTE technology for smart grid communication infrastructure,” in 2015 3rd International Istanbul Smart Grid Congress and Fair (ICSG)<\/em>, 29-30 April 2015 2015, pp. 1-4, doi: 10.1109\/SGCF.2015.7354914.<\/p>\n

              [6]\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 S. N. Leksikon. “Elektrisk lysbue.” https:\/\/snl.no\/elektrisk_lysbue<\/a> (accessed 05.07.2019.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

              Eksisterende l\u00f8sninger og potensial for automatisk overv\u00e5king av kraftnettet er omtalt i denne artikkelen, skrevet av Jonas Nystad, vitenskapelig assistent ved UiT i Narvik, sommeren 2019.<\/p>\n","protected":false},"author":891,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":["post-191","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-student"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/891"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=191"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":215,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/191\/revisions\/215"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=191"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=191"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/site.uit.no\/ladeteknologi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=191"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}