Hajautetun pientuotannon vaikutukset jännitteeseen pien- ja keskijänniteverkoissa
Ristimäki, Justus (2020)
Ristimäki, Justus
2020
Sähkötekniikan DI-ohjelma - Master's 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
2020-11-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010207411
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010207411
Tiivistelmä
Sähkönjakeluverkkoihin kytkettyjen pientuotantolaitteistojen lukumäärä on viime vuosina kasvanut nopeasti Suomessa. Suurin osa laitteistoista on yksityishenkilöiden omistamia, nimellisteholtaan muutaman kilowatin aurinkovoimaloita. Mikäli sähköverkon siirtokapasiteetti ylitetään, pientuotantolaitteistot voivat aiheuttaa sähköä tuottaessaan sähköverkkoon esimerkiksi liian korkeita jännitteitä, ylikuormitusta, harmonisia yliaaltoja tai poikkeuksia suojausten toiminnassa.
Tässä työssä määritettiin yhden keskijännitejohtolähdön ja kolmen muuntopiirin siirtokapasiteetit Trimble NIS-verkkotietojärjestelmällä. Muuntopiirit valittiin taajama-, kaupunki- ja haja-asutusalueilta, jotta pienjänniteverkon tarkastelu olisi mahdollisimman laaja. Aurinkovoimaloiden tuotantokäyrät muodostettiin vuoden 2018 auringon säteilyvoimakkuuden mittausten perusteella. Mittauksista valittiin tarkasteluun kolme vuorokautta, joilla kuvattiin kevät-, kesä- ja syyspäivää. Työssä tehtiin oletus, että siirtokapasiteettia rajoittavat joko liian korkea jännite tai verkon komponenttien ylikuormitus. Työssä tutkittiin myös inverttereillä toteutettavaa loistehon säätöä jännitteensäätömenetelmänä. Siirtokapasiteetit määritettiin uudelleen jännitteensäädön mallintamisen jälkeen.
Keskijännitejohtolähdön siirtokapasiteetti määritettiin ainoastaan kesällä, sillä tuloksista huomattiin, että pienjänniteverkkoon mallinnetut pientuotantolaitteistot vaikuttivat keskijänniteverkon jännitteeseen ja kuormitukseen niin vähän, että pienjänniteverkon siirtokapasiteetti saavutetaan todennäköisesti ennen keskijänniteverkon siirtokapasiteettia. Pienjänniteverkon sähköliittymäkohtaiset siirtokapasiteetit olivat sekä säätämättöminä että säädettyinä suurimmat jäykässä kaupunkiverkossa. Kaupunkiverkossa siirtokapasiteetti pieneni jännitteensäädöllä, koska verkon kuormitus oli jokaisessa pisteessä lähellä kuormitusrajaa. Jännitteensäätö kasvatti siirtokapasiteettia eniten taajamaverkossa, jossa siirtokapasiteetti kasvoi joissain pisteissä yli kaksinkertaiseksi. Myös haja-asutusalueverkossa siirtokapasiteetti kasvoi säädön avulla, mutta saavutettu siirtokapasiteetin kasvu oli suhteellisesti pienempää kuin taajamaverkossa.
Työssä huomattiin, että pienjänniteverkon siirtokapasiteetti kasvoi jännitteensäädöllä, mikäli siirtokapasiteettia rajoitti liian korkea jännite ja verkon kuormitus ei ollut lähellä kuormitusrajaa. Loistehon säädön vaikutus jännitteeseen riippuu tutkittavasta verkkotyypistä, sillä esimerkiksi kaupunkiverkossa jännitteet pienenivät säädöllä enemmän kuin haja-asutusalueverkossa.
Tässä työssä määritettiin yhden keskijännitejohtolähdön ja kolmen muuntopiirin siirtokapasiteetit Trimble NIS-verkkotietojärjestelmällä. Muuntopiirit valittiin taajama-, kaupunki- ja haja-asutusalueilta, jotta pienjänniteverkon tarkastelu olisi mahdollisimman laaja. Aurinkovoimaloiden tuotantokäyrät muodostettiin vuoden 2018 auringon säteilyvoimakkuuden mittausten perusteella. Mittauksista valittiin tarkasteluun kolme vuorokautta, joilla kuvattiin kevät-, kesä- ja syyspäivää. Työssä tehtiin oletus, että siirtokapasiteettia rajoittavat joko liian korkea jännite tai verkon komponenttien ylikuormitus. Työssä tutkittiin myös inverttereillä toteutettavaa loistehon säätöä jännitteensäätömenetelmänä. Siirtokapasiteetit määritettiin uudelleen jännitteensäädön mallintamisen jälkeen.
Keskijännitejohtolähdön siirtokapasiteetti määritettiin ainoastaan kesällä, sillä tuloksista huomattiin, että pienjänniteverkkoon mallinnetut pientuotantolaitteistot vaikuttivat keskijänniteverkon jännitteeseen ja kuormitukseen niin vähän, että pienjänniteverkon siirtokapasiteetti saavutetaan todennäköisesti ennen keskijänniteverkon siirtokapasiteettia. Pienjänniteverkon sähköliittymäkohtaiset siirtokapasiteetit olivat sekä säätämättöminä että säädettyinä suurimmat jäykässä kaupunkiverkossa. Kaupunkiverkossa siirtokapasiteetti pieneni jännitteensäädöllä, koska verkon kuormitus oli jokaisessa pisteessä lähellä kuormitusrajaa. Jännitteensäätö kasvatti siirtokapasiteettia eniten taajamaverkossa, jossa siirtokapasiteetti kasvoi joissain pisteissä yli kaksinkertaiseksi. Myös haja-asutusalueverkossa siirtokapasiteetti kasvoi säädön avulla, mutta saavutettu siirtokapasiteetin kasvu oli suhteellisesti pienempää kuin taajamaverkossa.
Työssä huomattiin, että pienjänniteverkon siirtokapasiteetti kasvoi jännitteensäädöllä, mikäli siirtokapasiteettia rajoitti liian korkea jännite ja verkon kuormitus ei ollut lähellä kuormitusrajaa. Loistehon säädön vaikutus jännitteeseen riippuu tutkittavasta verkkotyypistä, sillä esimerkiksi kaupunkiverkossa jännitteet pienenivät säädöllä enemmän kuin haja-asutusalueverkossa.