Power Flow Simulator

Bedrijfsvoerder spelen vanaf je zolderkamer wordt werkelijkheid!

In 2016 brachten RTE en Elia de game Need4Grid uit. Daarin kon je zelf netbeheerder spelen. N4G is weer verdwenen, waarschijnlijk omdat het te uitgebreid was. Maar voor wie het bewaken van de netbalans het mooiste vond in dat spel is in 2019 een alternatief verschenen waar het hart van iedere zolderkamer-netstrateeg sneller van gaat slaan.

Maak kennis met de TenneT Power Flow Simulator.

Tennet heeft door IT-bureau Artelys in 2019 de Power Flow Simulator laten bouwen. Een gratis en vrij te gebruiken applicatie die op te vatten is als een simpeler opvolger van Need4Grid. Het doel van Tennet is begrip en inzicht kweken voor wat een netbeheerder doet: de balans op het hoogspanningsnet bewaken. Dat dit aansloeg blijkt wel uit dat ook ENTSO-E bij Artelys en Tennet heeft aangeklopt voor een eigen versie van de simulator. Beide zijn overigens exact dezelfde applicatie: slechts het logo in de rechterbovenhoek verschilt.

Zoals je in de St(r)oomcursus kan lezen, een elektriciteitsnet vereist evenwicht in productie en verbruik. De wegen hebben geen onbeperkte breedte. Loopt er teveel stroom door, dan ontstaat overbelasting. In de Power Flow Simulator beheer je een hoogspanningsnet met stations, verbindingen, productie en belasting. Speel met capaciteiten, voorkom congestie in de marktblokken en handhaaf de netbalans.

In de Power Flow Simulator waan je jezelf de bedrijfsvoerder in het hart van de controlezaal.
Hier zien we een door ons nagebouwd gedeelte van het Nederlandse koppelnet (220 en 380 kV) in de interface van de simulator, samen met de belangrijkste productielocaties en de onderhangende 110- en 150 kV-deelnetten. Voor de bureaustoel-netstrateeg is dit om van te watertanden, maar laten we bij het begin starten. Wat is de Power Flow Simulator?

Handhaaf de netbalans in verschillende scenario’s

De Power Flow Simulator heeft minder gaming-elementen dan Need4Grid. Je kan geen highscore zetten en zoals de naam zegt is het eerder een simulator dan een spel. Maar voor bureaustoel-netstrategen die minder met highscores en meer met techniek hebben is dat juist beter. Hou het elektriciteitsnet stabiel op 50 Hertz en voorkom door slim handelen vanaf je zolderkamer dat er congestie, storingen of onbalansen ontstaan. Sinds een serie verbeteringen en uitbreidingen door Artelys zijn begin 2020 diverse bugs opgelost. Ook zijn marktelementen verschenen, zoals brandstofprijzen, CO2-uitstoot en handelsblokken/marktgebieden.

Als je als beginner de Power Flow Simulator voor het eerst opent kan je kiezen uit een aantal kant en klare netten. Doel is telkens om bij veranderende randvoorwaarden (zoals het vallen van de avond, het toenemen van wind of een storing in een verbinding) het net stabiel te houden op 50 Hertz door te spelen met de aangesloten productie en de plek waar dat op het net wordt ingebracht

Dat is ingewikkelder dan het lijkt. Een vermaasd net is net een oude auto: het duurt even voordat je gevoel krijgt voor zijn specifieke nukken en gedrag. Het is schrikken als een plotselinge kleine storing in het zuiden in een oogwenk de loadflow in het totale net beïnvloedt en er honderden kilometers verderop aan de kust een schijnbaar willekeurige trafo overbelast raakt. Zo werken netten waarin de loadflow gedicteerd wordt door spanningsval, complexe weerstand (impedantie) en afstand. Vrees niet, na een tijdje krijg je er gevoel voor en langzaam maar zeker leer je je netwerk kennen als je broekzak – net zoals de echte pylon geeks hier het daadwerkelijke net met alle lijnen en stations op hun duimpje kennen.

De productie van vermogen is uitdagend. Wind doet wat het zelf wil: je kan een windpark wel geforceerd losnemen van het net, maar je kan het niet geforceerd harder zetten. Voor kerncentrales geldt dat je ze bijna niet kan regelen. Met gas en waterkracht kan je juist wel spelen. Ook kan je een opofferingsbeslissing nemen als het echt niet meer gaat: een deelnet, stad of klant losnemen en opzettelijk een stroomstoring veroorzaken om de rest van je net te redden. (Mompel in zo’n geval altijd netjes ‘sorry, Deelnetnaamvoordat je de breakers lostrekt, dat is wel zo fatsoenlijk.)

Tijd voor een voorbeeld. Hier zien we een deel van het gesimuleerde koppelnet van Nederland. Het is een kalme dag op het net. Groningen en Drenthe verbruiken weliswaar relatief veel vermogen en tussen Ens en Lelystad is een circuit afgeschakeld voor onderhoud, maar verder ziet het er prima normaal uit, allemaal ver onder 50%. Koffie in de controlekamer dus, misschien even dartpijltjes gooien.

Wanneer je in zo’n vermaasd net een circuit losneemt, worden andere circuits en andere verbindingen zwaarder belast. Soms kan het netwerk heel wat verdragen en dan kan je zelfs een heel koppelstation missen. Maar op andere momenten kan het snel escaleren. Dan heb je weinig spelingsruimte.

Met de dartpijltjes weer veilig in de bullseye gaan we aan de slag. Het lijkt erop dat we vandaag geen problemen krijgen als we in Zwolle – Meeden (de zware verbinding met een bocht rechtsonderin, op 10%) een circuit losnemen – toch? Er is een redundant circuit in dezelfde verbinding. Wat kan je gebeuren.

Arnhem, we have a problem. Dat hadden we niet verwacht. Deze situatie levert in jargon een N-1 onveilig net op: het is nog stabiel, het werkt nog, maar er mag niks anders meer misgaan. En eigenlijk is het al mis, want op Ens kan je barbecueën op de koppeltrafo’s. In het echt zou men nu onmiddellijk de marktwerking herroepen en noodvermogen afroepen ten zuidwesten van Ens, terwijl in het noordoosten van het land geforceerd productie moet worden losgenomen. (In de praktijk is dat iets waar een heel marktmodel onder zit, maar technisch benadert het de werkelijkheid vrij goed.) Je zal blijkbaar toch een ander moment moeten kiezen om onderhoud te plegen, en dit heet in jargon een onderhoudsknelpunt of een niet-verleenbare VNB.

Onder het menu Settings (rechtsboven) kun je de kleuren- en iconen wijzigen. De simulator is daarmee ook geschikt voor kleurenblinden, een kwaaltje waar een van de teamleden van HoogspanningsNet ook last van heeft. Dus we zijn erg content met die opties.

De expert mode: het totale Nederlandse koppelnet in de simulator

Voor de serieuzere zolderkamer-netstrateeg wordt het nog interessanter wanneer je de Expert Mode aanzet. In deze modus krijgt de gevorderde speler meer mogelijkheden. Nu kan je opeens de eigenschappen van de objecten wijzigen. Je kan een verbinding verzwaren, maar je kan ook nieuwe verbindingen, stations of centrales bouwen of er eentje slopen. Tevens komen er moeilijker levels en opdrachten beschikbaar.

In de Expertmodus kan je zelf verbindingen aanleggen en makkelijker de capaciteiten aanpassen. Tevens kan je ook verbindingen slopen of centrales bouwen en verwijderen. In het echt doet een netbeheerder dat laatste niet, dus als je het realistisch wil houden bouw je een net op dat stabiel is, waarna je bijvoorbeeld een centrale laat trippen. En dan ben je opeens de FCR-held van Europa.

Geen game-element maar een vrije simulatie-tool

De kers op de taart is de optie om te kiezen voor een leeg speelveld. Daarin kan je volledig je eigen hoogspanningsnet opbouwen. Er is nu geen missie of opdracht: je bouwt zelf een net, sluit belasting en productie aan en beïnvloedt het door zelf dingen uit te proberen. In feite heb je nu een simulator gebouwd.

Dat is leuk met een fictief net, maar je zit hier niet voor niets op HoogspanningsNet. Never underestimate pylon geeks – they’re pretty hardcore.

We hebben ons netschema erbij gepakt (situatie van september 2020) en het totale Nederlandse koppelnet van 380 en 220 kV compleet met de juiste capaciteiten, geografische vorm, productie en deelnetten in de simulator nagebouwd.

  Zelfde stuk van het net, maar nu in de simulator

We weten niet of ze het op de Berg waarderen dat we het totale koppelnet in de simulator hebben gestopt om, laten we eerlijk wezen, dark play te spelen of de zaak zodanig te verbouwen dat je de bedrijfsvoerder een hartverzakking bezorgt. Aan de andere kant, ons netschema is gemaakt met uitsluitend openbaar beschikbare data en ook de Power Simulator is openbaar. 1+1 mag gewoon, inzicht is niet verboden en als je bij het fruit kan, pluk het dan.

Die-hard? Wil je zelf het koppelnet inladen om ermee te stoeien? Dat kan. De Power Simulator heeft een optie om een netmodel op te slaan en ook weer te uploaden vanaf een lokale computer, zodat je het door ons gemaakte model ook zelf kan downloaden en inladen. Doorloop de volgende stappen:

1. Download hier het bestand van het koppelnet (een .json file) en sla het op je computer op

2. Open de Power Flow Simulator in een nieuw tabblad

3. Klik linksonderin op de bouwhelm, daarmee zet je de expert mode aan

4. Klik rechtsboven op de kop Settings en scroll helemaal naar beneden

5. Klik helemaal onderaan in het menu op Load from file, zoek het .json bestand op je computer en open het

6. Klaar! Het koppelnet wordt nu ingeladen in de simulator.

7. Nu nog via het menu Settings de instellingen, kleuren en formaten van de iconen tweaken naar jouw persoonlijke smaak en dan kan je volledig legaal zonder gevaar master of disaster spelen.

Met het koppelnetmodel in de simulator heb je de beschikking over het netschema, maar nu interactief. Als je iets stuk maakt of je hebt er een bende van gemaakt, prijs jezelf dan gelukkig dat je gewoon op je bureaustoel op zolder zit en niet op de Utrechtseweg 310. Gamers noemen dit dark play: opzettelijk dingen stuk maken om daarna te kijken of je de situatie nog kan redden. Ondanks de slechte naam is dark play uiterst leerzaam (dat is zelfs wetenschappelijk bewezen) en omdat het een onschuldige simulator is staat het je vrij om lekker wat aan te modderen en je inzicht daarmee te laten groeien. Leg eens digitaal een van Tennets nieuwe netversterkingsprojecten aan die sinds 2020 zijn verschenen, zoals Noordwest 380, en kijk wat dat doet. Een gewijzigd bestand kan je ook weer opslaan om er later aan verder te werken.

De Tennet Power Flow Simulator is op deze manier geen spel meer, maar een gereedschap om je inzicht in het hoogspanningsnet op een speelse maar serieuze manier te vergroten.

Het netmodel werkt per circuit die ieder de correcte capaciteit hebben. Redundante verbindingen bestaan uit twee of meer parallel lopende circuits. Bij redundant bedrijf is je netwerk boven 50% circuitbelasting niet langer N-1 veilig. Onderhangende deelnetten zijn verbonden met de koppelnetstations waarbij de lijnstukken de trafo’s (bijvoorbeeld tweemaal 220/110 kV 200 MVA) vertegenwoordigen. Ze hebben een capaciteit gelijk aan de som van de trafo’s. Onderling verbonden deelnetten hebben netopeningen om doortransport te voorkomen, maar je kan zelf die netopeningen open zetten om ze bij calamiteiten of onderhoud te gebruiken (of te zien waar het gaat roken als je het per ongeluk doet) Het model kan helaas geen netvlakken aan, maar dat hebben we opgelost door de 220 kV-ring en het 380 kV-net te koppelen met korte stukjes verbinding die koppeltrafo’s representeren. Voor elke 220/380 kV koppeltrafo is een eigen lijnstukje aanwezig. Je kan dus iedere 220/380 kV koppeltrafo naar eigen wens bedienen. Duitsland en België zijn ingevoerd als een ‘koperen plaat’, d.w.z. je hoeft geen rekening te houden met beperkingen in transportcapaciteit aan de andere kant van de grenzen. Tot 3000 MVA heb je daar geen hinder. De centrales en belastingscentra zijn allemaal bewerkbaar. Je kan een centrale uitbreiden of verplaatsen.

Wanneer een redundant circuit boven 50% belast wordt komt de N-1 in gevaar en kleurt het geel. Boven 100% zit je serieus in de problemen en kleurt de verbinding rood. Kruis dan je vingers, mompel oh, shit shit shit en los het gauw op. En leg dan maar aan je partner, kinderen of je ouders uit wat je aan het doen bent: ‘Ja nee sorry, de Veluwe viel eraf, ik had op Doetinchem de trafo losgenomen maar ik was vergeten dat op Lely geen N-1 veilig vermogen beschikbaar was omdat Lely – Ens Zwart er ook nog uit lag. Tja, gewoon dom van me, weetjewel…’ We weten zeker dat dat indruk maakt. (We geven geen garantie op wát voor soort indruk!)

Tenslotte: de simulator is nog altijd in ontwikkeling. Er wordt zelfs naar feedback geluisterd. Iemand van ons team heeft in het voorjaar van 2020 contact met Artelys gehad over een aantal bugs en hinderlijke problemen. Daar is daadwerkelijk werk van gemaakt en de buigpuntenproblematiek is nu verholpen. Het loont dus de moeite om nieuwe ontwikkelingen in de gaten te houden. Heb je serieuze bevindingen? Praat dan mee op ons forum.