High and medium-voltage digital substations play an essential role in the energy transition since they are part of the equipment required to deploy smart grids. With the gradual increase of smart grids, energy systems are becoming more flexible with the growing penetration of renewable energies and distributed energy generation. Simultaneously, the energy system’s efficiency increases, with load supply precisely where required and reduced losses.

Medium voltage stations have not been upgraded gradually like high voltage stations; therefore, most of Stockholm’s medium voltage stations are considered old and do not include digital remote monitoring or remote-control features. These conventional stations must be retrofitted with digital technology or replaced with new digitized stations. Previous studies show the technical potential of updating non-digitized stations to reduce interruption times. Still, a systematic assessment of these types of projects’ profitability is missing.

This project aims to perform a techno-economic assessment for retrofitting conventional urban medium voltage substations with digital technology, modeling different configurations of digitalization (levels 1 and 2) to suggest the most convenient set-up, balancing the technical and economic facets. Furthermore, it investigates the prospect and profitability of reducing interruption times by 50% with the digitization of substations.

The methodology proposed used a reference test system based on the most representative type of network for an urban medium voltage network in Stockholm: A Double cable – open loop structure consisting of 5 single cable secondary substations. A calculation method was performed to obtain the expected results evaluating all the possible combinations of digitalized stations in the feeder line.

Results suggest that the best outcome is formed by the last station retrofitted with remote control (level 2) and the other four stations with monitoring (level 1). This setup could reduce SAIDI by 71% and the total customer costs by 26.3%. To make this outcome profitable, a reduction in Omexom Labor Costs of 13.6% is required if a discount rate of 7% is used, but if this value is below 4.65%, a reduction in Labor Costs is unnecessary. Furthermore, results show that a set-up of 5 monitoring digitized stations can reduce SAIDI by 56.8%. Thus, it aligns with Ellevio’s objective to reduce by half their interruption times. A reduction of 12.9% in Labor Costs would be required to achieve this as a profitable setup; on the other hand, if the discount rate is below 4.65%, it is unnecessary.

Digitala hög- och medelspänningsstationer spelar en avgörande roll i energiomställningen eftersom de är en del av den utrustning som krävs för att implementera smarta elnät. Med den gradvisa ökningen av smarta elnät blir energisystemen mer flexibla med den ökande penetrationen av förnybar energi och distribuerad energiproduktion. Samtidigt ökar energisystemets effektivitet, med lastförsörjning precis där det behövs och minskade förluster.

Medelspänningsstationerna har inte uppgraderats gradvis som högspänningsstationerna; därför anses de flesta av Stockholms medelspänningsstationer vara gamla och inkluderar inte digital fjärrövervakning eller fjärrstyrningsfunktioner. Dessa konventionella stationer måste antingen uppgraderas med digital teknik eller ersättas med nya digitaliserade stationer. Tidigare studier visar den tekniska potentialen att uppdatera icke-digitaliserade stationer för att minska avbrottstiderna, men en systematisk bedömning av lönsamheten för sådana projekt saknas.

Detta projekt syftar till att utföra en teknisk-ekonomisk utvärdering för att uppgradera konventionella urbana medelspänningsstationer med digital teknik, genom att modellera olika konfigurationer av digitalisering (nivå 1 och 2) för att föreslå den mest lämpliga uppställningen, där tekniska och ekonomiska aspekter balanseras. Dessutom ska möjligheterna och lönsamheten för att minska avbrottstiderna med 50% genom digitalisering av stationer undersökas.

Den föreslagna metoden använder ett referenstestsystem baserat på den mest representativa typen av nätverk för ett urbant medelspänningsnät i Stockholm: en dubbelkabel - öppen slingstruktur bestående av 5 enskilda kabelunderstationer. En beräkningsmetod användes för att få de förväntade resultaten genom att utvärdera alla möjliga kombinationer av digitaliserade stationer i matarledningen.

Resultaten antyder att det bästa resultatet uppnås genom att den sista stationen uppgraderas med fjärrstyrning (nivå 2) och de andra fyra stationerna med övervakning (nivå 1). Denna uppställning kan minska SAIDI med 71% och totala kundkostnader med 26.3%. För att göra detta resultat lönsamt krävs en minskning av Omexom arbetskostnader med 13.6% om en diskonteringsränta på 7% används, men om detta värde är under 4.65% behövs ingen minskning av arbetskraftskostnader. Dessutom visar resultaten att en uppställning med 5 övervakningsdigitaliserade stationer kan minska SAIDI med 56.8%. Detta stämmer överens med Ellevios mål att halvera sina avbrottstider. En minskning av arbetskraftskostnader med 12.9% skulle krävas för att uppnå detta som en lönsam uppställning. Å andra sidan, om diskonteringsräntan är under 4.65%, finns det ingen anledning att minska arbetskraftskostnader.