Hajautetun pientuotannon vaikutus käyttötoimintaan
Piispanen, Atte (2019)
2019
Sähkötekniikan DI-ohjelma - Degree Programme in Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-11-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201910153881
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-201910153881
Tiivistelmä
Jakeluverkkoon liitetyn hajautetun pientuotannon määrä on kasvanut viime vuosina voimakkaasti. Työssä on selvitetty hajautetun pientuotannon vaikutuksia käyttötoimintaan ensisijaisesti sähkö- ja sähkötyöturvallisuuden näkökulmasta. Pääasialliseksi tarkastelun kohteeksi on rajattu aurinkosähköjärjestelmät, joiden osuus verkkoon liitetystä hajautetusta mikro- ja pientuotannosta on lähes 99%. Tarkastelu on tehty alaan liittyvää kirjallisuutta, asiantuntijahaastatteluita sekä simulointeja hyödyntäen
Työhön sisältyvää pientuotannon vaikutusten tarkastelu on selvitysten perusteella rajattu koskemaan tilanteita, joissa yhteys syöttävän verkkoon häviää tarkasteltavaa verkon osaa syöttävän kytkinlaitteen aukeamisen seurauksena. Tätä tilannetta voidaan soveltaa jakeluverkossa suoritettaviin suunniteltuihin töihin sekä yksinkertaistaen myös verkon vikatilanteisiin liittyen. Kyseisissä tilanteissa verkkoon liitetyt hajautetuksi tuotannoksi luokiteltavat voimalaitokset voivat tietyissä tilanteissa aiheuttaa takasyöttövaaran, mikäli ne jäävät ei-toivotusti syöttämään saareketta.
Diplomityön ensisijaisena tarkoituksena on mikro- ja pientuotantokohteiden vaikutusten selvittäminen eri käyttötilanteissa ja verkkotyypeissä. Toisena työn päätavoitteena on saatujen tulosten soveltuvuuden arviointi verkkoyhtiön käytönsuunnittelun kehittämiseen ensisijaisesti kytkentäsuunnittelun näkökulmasta
Työhön liittyvät simuloinnit on toteutettu hyödyntäen PSCAD 4.6.3 Professional -ohjelmistoa, joka on tarkoitettu graafisen käyttöliittymän avulla mallinnettavien piirien tarkasteluun. Ohjelmiston avulla voidaan tarkastella sähköverkossa tapahtuvia transienttitilanteita aikatasossa. Simuloinneissa käytetty verkkomalli koostuu katkaisijakomponentin kautta syötetystä jakeluverkosta sekä voimalaitosmallista, joka voidaan sijoittaa käyttäjän haluamien jakelumuuntajien pienjänniteverkon pisteisiin. Simuloinneissa mallinnettava, invertterin avulla jakeluverkkoon liitetty voimalaitos on kytketty pienjännitteiseen jakeluverkkoon ja sen verkkoon syöttämää nimellistehoa voidaan säätää vapaasti. Diplomityöhön liittyvien simulointien perusteella ei-toivotun saarekkeen syntyminen on rajoitetusti mahdollista käytetyssä jakeluverkkomallissa.
Työn tulosten valossa esille nousee selkeä lisätutkimustarve jakeluverkon kanssa rinnankäyvien invertterien todellisesta käyttäytymisestä LOM-tilanteissa. Verkkoon liitettyjen pientuotantokohteiden määrän kasvun voidaan olettaa jatkuvan laitteistojen hankintakustannusten laskiessa ja tietoisuuden lisääntyessä. Lisäksi esimerkiksi sähköautojen kaksisuuntaisten latauslaitteistojen yleistyminen lisää verkkoon liitettyjen voimalaitoksiksi luokiteltavien kohteiden määrää.
Simulointiympäristössä saadut tulokset tukevat kirjallisuuden esittämää tietoa verkkoon liitettyjen invertterien toiminnasta LOM-tilanteissa, mutta havainnoille tulisi saada varmistus jatkotutkimuksessa. Diplomityössä suositetaan ei-toivotun saarekkeen syntymahdollisuutta tarkastelevien kenttäkokeiden suorittamista todellisessa jakeluverkossa.
Työhön sisältyvää pientuotannon vaikutusten tarkastelu on selvitysten perusteella rajattu koskemaan tilanteita, joissa yhteys syöttävän verkkoon häviää tarkasteltavaa verkon osaa syöttävän kytkinlaitteen aukeamisen seurauksena. Tätä tilannetta voidaan soveltaa jakeluverkossa suoritettaviin suunniteltuihin töihin sekä yksinkertaistaen myös verkon vikatilanteisiin liittyen. Kyseisissä tilanteissa verkkoon liitetyt hajautetuksi tuotannoksi luokiteltavat voimalaitokset voivat tietyissä tilanteissa aiheuttaa takasyöttövaaran, mikäli ne jäävät ei-toivotusti syöttämään saareketta.
Diplomityön ensisijaisena tarkoituksena on mikro- ja pientuotantokohteiden vaikutusten selvittäminen eri käyttötilanteissa ja verkkotyypeissä. Toisena työn päätavoitteena on saatujen tulosten soveltuvuuden arviointi verkkoyhtiön käytönsuunnittelun kehittämiseen ensisijaisesti kytkentäsuunnittelun näkökulmasta
Työhön liittyvät simuloinnit on toteutettu hyödyntäen PSCAD 4.6.3 Professional -ohjelmistoa, joka on tarkoitettu graafisen käyttöliittymän avulla mallinnettavien piirien tarkasteluun. Ohjelmiston avulla voidaan tarkastella sähköverkossa tapahtuvia transienttitilanteita aikatasossa. Simuloinneissa käytetty verkkomalli koostuu katkaisijakomponentin kautta syötetystä jakeluverkosta sekä voimalaitosmallista, joka voidaan sijoittaa käyttäjän haluamien jakelumuuntajien pienjänniteverkon pisteisiin. Simuloinneissa mallinnettava, invertterin avulla jakeluverkkoon liitetty voimalaitos on kytketty pienjännitteiseen jakeluverkkoon ja sen verkkoon syöttämää nimellistehoa voidaan säätää vapaasti. Diplomityöhön liittyvien simulointien perusteella ei-toivotun saarekkeen syntyminen on rajoitetusti mahdollista käytetyssä jakeluverkkomallissa.
Työn tulosten valossa esille nousee selkeä lisätutkimustarve jakeluverkon kanssa rinnankäyvien invertterien todellisesta käyttäytymisestä LOM-tilanteissa. Verkkoon liitettyjen pientuotantokohteiden määrän kasvun voidaan olettaa jatkuvan laitteistojen hankintakustannusten laskiessa ja tietoisuuden lisääntyessä. Lisäksi esimerkiksi sähköautojen kaksisuuntaisten latauslaitteistojen yleistyminen lisää verkkoon liitettyjen voimalaitoksiksi luokiteltavien kohteiden määrää.
Simulointiympäristössä saadut tulokset tukevat kirjallisuuden esittämää tietoa verkkoon liitettyjen invertterien toiminnasta LOM-tilanteissa, mutta havainnoille tulisi saada varmistus jatkotutkimuksessa. Diplomityössä suositetaan ei-toivotun saarekkeen syntymahdollisuutta tarkastelevien kenttäkokeiden suorittamista todellisessa jakeluverkossa.