Loistehon kompensointi Rovaniemen Verkko Oyssä

Abstract

Jakeluverkkoyhtiöiden kapasitiivisen loistehon anto kantaverkkoon on kasvanut keskijänniteverkon maakaapeloinnin seurauksena. Kantaverkkoyhtiö Fingrid laskuttaa verkkoyhtiöitä loistehon käytöstä kantaverkon liittymispisteessä sovellettavan loissähköikkunan mukaisesti. Tässä työssä tutkittiin loissähköikkunan Rovaniemen Verkko Oy:lle aiheuttamien kustannusten nykytilannetta sekä muodostettiin arvio verkkoyhtiön loistehon kehitykselle. Tarkastelun avuksi luotiin Excel-laskentapohja, jota nykytilanteen tarkastelun lisäksi käytettiin apuna investoinnin kannattavuus laskennassa.

Liittymispisteen loistehon antoa voivat jakeluverkkoyhtiöt vähentää käyttämällä loistehon kompensointilaitteita, jotka voivat olla dynaamisia kuten STATCOM tai passiivisia kuten reaktorit. Tässä työssä valittiin Rovaniemen Verkko Oy:n kompensointitavaksi sähköasemalle keskijännitekiskostoon asennettava reaktori. Investointilaskelmissa vaihtoehtoina tarkasteltiin reaktoreita eri nimellistehoilla, useamman reaktorin hankkimista sekä verrattiin käämikytkimellistä reaktoria väliottokytkimelliseen reaktoriin. Käämikytkimellisen reaktorin merkittävin ero väliottokytkimelliseen reaktoriin on mahdollisuus säätää reaktorin loistehoa samalla kun reaktori on jännitteellisenä sähköverkossa.

Parhaaksi kompensointitavaksi valikoitui loisteholtaan 6 MVAr käämikytkimellinen reaktori. Jos reaktorin loistehoa ohjataan Valajaskosken liittymispisteen loistehomittauksen perusteella, pienenevät reaktorin sekä sähköaseman päämuuntajan pätötehohäviöt väliottokytkimelliseen ratkaisuun verrattuna. Huolimatta alkuvaiheen korkeammasta investointikustannuksesta sekä suuremmista huoltokustannuksista, käämikytkimellisen reaktorin tuotto 25 vuoden tarkasteluajanjaksolla on häviökustannuksissa tapahtuvien säästöjen ansiosta väliottokytkimellistä reaktoria suurempi. Lisähyötyä käämikytkimelliselle reaktorille antaa kytkentäilmiöiden pieneneminen, kun kytkennät suoritetaan reaktorin nimellistehoa pienemmällä loisteholla. Myös reaktorin automaattinen säätö säästää verkkoyhtiön käyttöhenkilökunnan resursseja ja vapauttaa liittymispisteen loistehotilanteen salliessa päämuuntajan kapasiteettia. Investointilaskelman tuloksena saatiin käämikytkimellisen reaktorin tuotoksi 25 vuodessa 505 000 € ja takaisinmaksuajaksi noin 4,5 vuotta.

Due to increased amount of medium voltage underground cables at distribution network level, capacitive reactive power flow has increased at the connection points with the Finnish transmission system owner, Fingrid’s, transmission grid. Fingrid charges distribution network owners of their reactive power consumption at the connection point based on a reactive power tariff. In this thesis, the costs of the reactive power tariff for Rovaniemen Verkko Oy is studied and also an estimation for future reactive power consumption is made. In order to aid the studies, an Excel calculation sheet is made which is also utilized for the investment calculations.

Capacitive reactive power at the connection point with the transmission system can be decreased with reactive power compensation devices. Compensation devices can be dynamic, such as a STATCOM, or passive such as a reactor. In this thesis a reactor installed at the medium voltage busbar of primary substation is chosen to be the compensation method. In the investment calculations, different sized reactors were considered, investing for two reactors and a comparison between a reactor having an on-load-tap-changer (OLTC) and a reactor having an off-load-tap-changer is made. Main difference between the tap-changers is the ability of OLTC to change the reactive power consumption of the reactor while the reactor is energized.

Best method for the compensation was a reactor with 6 MVAr reactive power consumption and equipped with an OLTC. If the reactive power consumption of the reactor is controlled based on the reactive power at the transmission grid connection point, active power losses of the reactor and the primary substation’s main transformer can be decreased. Despite of the higher initial investment cost and maintenance costs, the profit of the OLTC reactor is higher during the 25-year inspection period. Moreover, additional benefits of the OLTC are smaller transients during disconnecting and connecting the reactor, if these are done when the reactor is set to smaller reactive power consumption than the nominal consumption. Also, automatically adjusting reactive power consumption of the reactor doesn’t take work resources from the distribution network operators and frees the capacity of the primary substation’s main transformer. As a result, from the investment calculations, the profit of the OLTC reactor after the first 25 years is approximately 505 000 € and the payback time is about 4,5 years.