Automatic fault management of power distribution network using energy storages
Niskala, Jaakko (2021)
Niskala, Jaakko
2021
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
2021-11-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202111188530
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202111188530
Tiivistelmä
Sähköistyneessä maailmassamme katkeamaton sähkönsaanti on noussut yhdeksi perustarpeeksi, minkä vuoksi on tärkeää, että sähkönjakelussa esiintyy mahdollisimman vähän katkoksia. Kaikilta vikatilanteilta ei kuitenkaan voida välttyä, minkä takia nopea reagoiminen vikatilanteisiin ja niiden nopea paikantaminen on tärkeää, jotta terveet alueet verkosta saadaan palautettua mahdollisimman nopeasti.
Jakeluverkko on laaja infrastruktuuri, minkä tarkoitus on jakaa sähköä rajatulle alueelle, niin kaupunkiin kuin maaseudullekin. Usein maaseudun lähdöt ovat paljon vikaherkempiä kuin kaupunkilähdöt johtuen pääosin maanalaisen kaapeloinnin yleistymisestä kaupunkialueilla. Maaseutulähdöillä saattaa olla syöttävän aseman ja asiakkaan välillä kymmenien kilometrien matka, jonka varrelle mahtuu tiheästi kasvavia metsiä ja muita vika-alttiita alueita. Tästä syystä maaseutulähdöt ovat vikaherkempiä, mikä yhdessä hankalan maaston ja pitkien välimatkojen kanssa hidastaa työryhmien työskentelyä vikojen paikantamisen ja korjaamisen parissa. Nämä lisäävät manuaalisen vianpaikantamiseen kuluvaa aikaa, eli asiakkaiden sähkötöntä aikaa. Mitä pidempään asiakkaat ovat sähköttä, sitä enemmän tyytymättömiä asiakkaita esiintyy, mikä myös lisää sähköntoimittajien kustannuksia, sillä mahdollisia korvausvaatimuksia saattaa esiintyä katkoksen jälkeen. Näistä syistä on tärkeää, että viat pystytään paikantamaan verkosta mahdollisimman nopeasti, mikä oli yksi päämotivaatioista automaattisen vianhallinnan jatkokehittämiseen.
Yksi tämän diplomityön päätavoitteista oli kehittää Hitachi Energy Finland Oy:lle DMS600 WS ohjelmistoon automaattinen vianhallinnan hallintatyökalu, eli vian paikannus, erotus ja palautus, lyhennettynä FLIR. Ideana oli kehittää toiminnallisuus, jonka tarkoitus on paikantaa viat automaattisesti verkosta kokeilukytkentöjä hyödyntäen. Kokeilukytkennöillä tarkoitetaan sitä, että vika paikannetaan algoritmisella toimintatavalla; missä tiettyjä verkon kytkimiä operoidaan ohjelmiston generoimalla tavalla siihen asti, kunnes vika-alue on saatu paikannettua. Kun vika-alue on paikannettu, se pystytään erottamaan muusta verkosta ja terveet alueet lähdöltä voidaan palauttaa takasyötöistä. Työssä tarkastellaan myös sähköenergiavarastojen mahdollisia käyttötapoja palautuksen yhteydessä.
Suurin osa työhön käytetystä ajasta kului implementointiin, mikä oli itsessään pitkä ja aikaa kuluttava prosessi, mutta siitä jäi käteen paljon hyvää tietoa yleisesti isojen toiminnallisuuden kehittämisestä, kuin myös DMS600 ohjelmistosta ja sen toiminnasta konepellin alla. Implementointi toteutettiin pääosin C++ kielellä sisältäen kymmeniätuhansia rivejä koodia. Työssä esiteltiin MicroSCADA X DMS600 ohjelmistoperhe sisältäen muutama sen keskeinen työssä käytetty ohjelmisto, mistä saatiin hyvä yleisnäkymä, miten ohjelmiston sisäinen kommunikaatio toimii, mitä toiminnallisuuksia on jo olemassa ja mitä oli tarpeen toteuttaa. Toteuttamistarpeen yksi pääsyistä oli se, että olemassa olevaa toiminnallisuutta pystyi hyödyntämään vain kourallisessa vikatilanteista, johtuen sen puutteista. Työssä toteutettu FLIR toiminnallisuus pyrkii toimimaan myös näissä hankalammissa tilanteissa mihin aiempi toteutus ei kyennyt, mikä on suurilta osin kokeilukytkentöjen ansiota.
Jakeluverkko on laaja infrastruktuuri, minkä tarkoitus on jakaa sähköä rajatulle alueelle, niin kaupunkiin kuin maaseudullekin. Usein maaseudun lähdöt ovat paljon vikaherkempiä kuin kaupunkilähdöt johtuen pääosin maanalaisen kaapeloinnin yleistymisestä kaupunkialueilla. Maaseutulähdöillä saattaa olla syöttävän aseman ja asiakkaan välillä kymmenien kilometrien matka, jonka varrelle mahtuu tiheästi kasvavia metsiä ja muita vika-alttiita alueita. Tästä syystä maaseutulähdöt ovat vikaherkempiä, mikä yhdessä hankalan maaston ja pitkien välimatkojen kanssa hidastaa työryhmien työskentelyä vikojen paikantamisen ja korjaamisen parissa. Nämä lisäävät manuaalisen vianpaikantamiseen kuluvaa aikaa, eli asiakkaiden sähkötöntä aikaa. Mitä pidempään asiakkaat ovat sähköttä, sitä enemmän tyytymättömiä asiakkaita esiintyy, mikä myös lisää sähköntoimittajien kustannuksia, sillä mahdollisia korvausvaatimuksia saattaa esiintyä katkoksen jälkeen. Näistä syistä on tärkeää, että viat pystytään paikantamaan verkosta mahdollisimman nopeasti, mikä oli yksi päämotivaatioista automaattisen vianhallinnan jatkokehittämiseen.
Yksi tämän diplomityön päätavoitteista oli kehittää Hitachi Energy Finland Oy:lle DMS600 WS ohjelmistoon automaattinen vianhallinnan hallintatyökalu, eli vian paikannus, erotus ja palautus, lyhennettynä FLIR. Ideana oli kehittää toiminnallisuus, jonka tarkoitus on paikantaa viat automaattisesti verkosta kokeilukytkentöjä hyödyntäen. Kokeilukytkennöillä tarkoitetaan sitä, että vika paikannetaan algoritmisella toimintatavalla; missä tiettyjä verkon kytkimiä operoidaan ohjelmiston generoimalla tavalla siihen asti, kunnes vika-alue on saatu paikannettua. Kun vika-alue on paikannettu, se pystytään erottamaan muusta verkosta ja terveet alueet lähdöltä voidaan palauttaa takasyötöistä. Työssä tarkastellaan myös sähköenergiavarastojen mahdollisia käyttötapoja palautuksen yhteydessä.
Suurin osa työhön käytetystä ajasta kului implementointiin, mikä oli itsessään pitkä ja aikaa kuluttava prosessi, mutta siitä jäi käteen paljon hyvää tietoa yleisesti isojen toiminnallisuuden kehittämisestä, kuin myös DMS600 ohjelmistosta ja sen toiminnasta konepellin alla. Implementointi toteutettiin pääosin C++ kielellä sisältäen kymmeniätuhansia rivejä koodia. Työssä esiteltiin MicroSCADA X DMS600 ohjelmistoperhe sisältäen muutama sen keskeinen työssä käytetty ohjelmisto, mistä saatiin hyvä yleisnäkymä, miten ohjelmiston sisäinen kommunikaatio toimii, mitä toiminnallisuuksia on jo olemassa ja mitä oli tarpeen toteuttaa. Toteuttamistarpeen yksi pääsyistä oli se, että olemassa olevaa toiminnallisuutta pystyi hyödyntämään vain kourallisessa vikatilanteista, johtuen sen puutteista. Työssä toteutettu FLIR toiminnallisuus pyrkii toimimaan myös näissä hankalammissa tilanteissa mihin aiempi toteutus ei kyennyt, mikä on suurilta osin kokeilukytkentöjen ansiota.