The electrical transmission and distribution system is undergoing unprecedented changes to meet the need for a carbon emission-free global energy system. An expected increase in the portion of end-user energy use in the form of electricity and need to integrate renewable energy sources into the power grid on a large scale require major changes in how power grids are operated and controlled.The systems and methods used to monitor, control and protect the power grid have developed in a context where the net power flow could be assumed to originate at large centralised power stations and be transmitted, distributed and delivered to end-users. The operation and control systems still largely follow a centralised and hierarchical structure with a control centre extending a multitude of connections out to automation systems over the geographical span of the grid. With the large-scale integration of distributed generation in the power system and the interconnection of grid infrastructures to facilitate inter-area trade of electricity, many of the premises on which traditional control systems were developed are currently changing. As more distributed generation capacity is integrated into parts of the power grid, efficient methods for determination of the electrical connectivity, the grid topology, become essential components for the development of all other control systems. The systems on which these methods are implemented must interoperate seamlessly with existing and future infrastructure. One effort to address this is an internationally coordinated standardisation process for power systems management and information exchange. The resulting standards, for example, IEC 61850 and IEC 61970, provide a framework for the development of new architectures and methods with a high level of interoperability whilst remaining applicable to the wide variety of equipment and applications that will be required. This thesis aims to test the hypothesis that distributing the application logic closer to the substation automation systems directly connected to the electrical process, provides a suitable architecture which can acquire system-wide knowledge of grid topologies without the assistance of a central entity. To achieve this, three research objectives are identified; proposing of novel control system architectures, utilising state-of-the-art structured data and equipment in substation automation systems and finally to develop a distributed topology inference algorithm utilising minimum prior knowledge of the grid it is acting within.The results firstly demonstrate the use of multi-agent systems as a distributed control and monitoring architecture. Secondly, the result demonstrates the application of relevant standardised IEC 61850 data models and interfaces for data exchange, and how they can be integrated into such architectures. Thirdly, the development of work on a multi-agent systems architecture and algorithm for distributed topology analysis of power grids is described and a formal description of the topology inference algorithm is given. Finally, a validation for the algorithm using a reference power grid model is presented.

Det elektriska transmissions- och distributionssystemet genomgår oöverträffade förändringar för att möta behovet av ett globalt energisystem utan koldioxidutsläpp. En förväntad ökning av andelen energikrav för slutanvändare i form av el och behovet av att integrera förnybara energikällor i elnätet i stor skala kräver stora förändringar i hur elnätet drivs och styrs.De system och metoder som används för att övervaka, styra och skydda kraftnätutrustningen har utvecklats i ett sammanhang där nettoeffektflödet kan antas härröra från stora centraliserade kraftverk och överföras, distribueras och levereras till slutanvändare. Operations- och styrsystemen följer fortfarande i stor utsträckning en centraliserad och hierarkisk struktur med endriftcentral som navpunkt med en mängd anslutningar ut till automationssystem över nätets geografiska utbredning. Med den omfattande integrationen av distribuerad elproduktion på olika punkter i elsystemet samt sammankopplingen av elnätinfrastrukturer för att underlätta elhandeln mellan områden, förändras m˙anga av de premisser som traditionella drift- och styrsystem utvecklats under.Eftersom mer distribuerad produktionskapacitet integreras i olika delar av elnätet, blir effektiva metoder för bestämning av den elektriska anslutningen, dvs. elnättopologin, nödvändiga komponenter för utvecklingen av alla andra styrsystem. De system på vilka dessa metoder genomförs m˙aste kunna samverka sömlöst med befintlig och framtida infrastruktur. Ett pågående arbete med att bemöta detta är en internationellt samordnad standardiseringsprocess för styrning av energisystem och informationsutbyte. De resulterande standarderna, till exempel IEC 61850 och IEC 61970 Common Infromation Model, utgör ett ramverk för utvecklingen av nya arkitekturer och metoder med hög driftskompatibilitet medan de fortfarande är tillämpbara på ett brett spektrum av utrustning och applikationer som framgent kommer att krävas.Denna avhandling syftar till att testa hypotesen att en arkitektur där applikationslogiken distribueras närmare ställverksautomationssystem som är direkt kopplade till elöverföringsprocessen, utgör en lämplig arkitektur som kan förvärva systembred kunskap om elnättopologier utan hjälp av en central enhet. För att uppn˙a detta har tre forskningsmål identifierats; föreslå nya styrsystemsarkitekturer, utnyttja state-of-the-art strukturerad data och utrustning i ställverksautomationssystem och slutligen utveckla en distribueradtopologiinferensalgoritm som behöver minsta möjliga förkunskaper om det nät som det verkar inom.Resultaten demonstrerar för det första användningen av multi-agent-system som en distribuerad kontroll- och övervakningsarkitektur. För det andra visar resultatet att tillämpliga standardiserade IEC 61850 datamodeller och gränssnitt används för datautbyte och hur de kan integreras i sådana arkitekturer. För det tredje beskrivs utvecklingen av arbetet med en multi-agent systemarkitektur och algoritm för distribuerad topologianalys av elnät och en formell beskrivning av topologiinferensalgoritmen ges. Slutligen presenteras en validering för algoritmen med hjälp av en referenskraftnätmodell.