Power System Restoration After a System Level Blackout : Measures for system operation to manage technical uncertainties during the bottom-up restoration of a transmission network
Nikkilä, Antti-Juhani (2022)
Nikkilä, Antti-Juhani
Tampere University
2022
Tieto- ja sähkötekniikan tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Computing and 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.
Väitöspäivä
2022-09-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2507-7
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-2507-7
Tiivistelmä
Yhteiskunnat ovat yhä riippuvaisempia sähköstä. Häiriötilanteissa verkkoyhtiöiden tulee palauttaa sähkövoimajärjestelmä normaaliin tilaan mahdollisimman nopeasti. Tämän vuoksi järjestelmän nopea ja luotettava käytönpalautus on tärkeää.
Tämä väitöskirja tutkii sähköisiin ilmiöihin ja suojaus- ja automaatiojärjestelmiin liittyviä epävarmuuksia sähkönsiirtoverkon käytönpalautuksen aikana. Väitöskirja keskittyy sähkövoimajärjestelmän laajuisiin häiriöihin, jolloin käytönpalautus suoritetaan alhaalta ylös menetelmällä. Tällöin sähkövoimajärjestelmä on heikko ja altis ongelmille, jotka esiintyvät harvoin normaalin käytön aikana. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkitut epävarmuudet voivat viivästyttää tai jopa estää käytönpalautuksen. Tämän vuoksi verkkoyhtiöiden tulee hallita ja pienentää käytönpalautuksen suunnitteluun ja sen suorittamiseen liittyviä epävarmuuksia.
Tässä väitöskirjassa esitetään sähkönsiirtoverkon käytönpalautuksen suunnitteluprosessi, joka pyrkii tunnistamaan ja hallitsemaan epävarmuuksia. Lisäksi väitöskirjassa esitetään toimenpiteitä neljän ei-toivotun sähköisen ilmiön hallitsemiseksi palautuksen aikana: pimeäkäynnistysgeneraattorin itseherääminen, harmoninen resonanssi muuntajakytkennöissä, rinnakkaisresonanssi vierekkäisen voimajohdon yhteydessä ja ferroresonanssi ja tätä seuraava rinnakkaisresonanssi.
Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tietokonesimuloinnit eivät yksin riitä epävarmuuksien tunnistamiseen. Siksi käytönpalautuksen suunnitteluun tulee sisältyä myös kenttäkokeita. Pimeäkäynnistysgeneraattorin testaaminen kenttäkokeilla ei riitä. Tämän lisäksi myös käytönpalautuksen alkuvaiheessa käytettävän sähkönsiirtoverkon käytönpalautus tulee testata. Tämä siirtoverkko mahdollistaa kulutuksen ja muun sähköntuotannon yhdistämisen pimeäkäynnistysgeneraattoriin.
Tulokset osoittavat myös, että normaaliin käyttöön laaditut simulointimallit eivät sovellu käytönpalautuksen suunnitteluun sähkövoimajärjestelmän erilaisesta käyttäytymisestä johtuen. Siksi järjestelmän käyttäytyminen kenttäkokeiden ja todellisen käytönpalautuksen aikana tulee rekisteröidä riittävän tarkoilla mittauksilla, jotta simulointimalleja voidaan muokata käytönpalautuksen suunnitteluun sopiviksi.
Käytönpalautuksen toimintamallit voivat olla epätavanomaisia ja hyvin erilaisia kuin sähkövoimajärjestelmän normaali käyttö. Siksi toimintamallit tulee suunnitella ennakkoon, todentaa kenttäkokeilla ja kouluttaa säännöllisesti käyttöhenkilöstölle.
Tämä väitöskirja tutkii sähköisiin ilmiöihin ja suojaus- ja automaatiojärjestelmiin liittyviä epävarmuuksia sähkönsiirtoverkon käytönpalautuksen aikana. Väitöskirja keskittyy sähkövoimajärjestelmän laajuisiin häiriöihin, jolloin käytönpalautus suoritetaan alhaalta ylös menetelmällä. Tällöin sähkövoimajärjestelmä on heikko ja altis ongelmille, jotka esiintyvät harvoin normaalin käytön aikana. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkitut epävarmuudet voivat viivästyttää tai jopa estää käytönpalautuksen. Tämän vuoksi verkkoyhtiöiden tulee hallita ja pienentää käytönpalautuksen suunnitteluun ja sen suorittamiseen liittyviä epävarmuuksia.
Tässä väitöskirjassa esitetään sähkönsiirtoverkon käytönpalautuksen suunnitteluprosessi, joka pyrkii tunnistamaan ja hallitsemaan epävarmuuksia. Lisäksi väitöskirjassa esitetään toimenpiteitä neljän ei-toivotun sähköisen ilmiön hallitsemiseksi palautuksen aikana: pimeäkäynnistysgeneraattorin itseherääminen, harmoninen resonanssi muuntajakytkennöissä, rinnakkaisresonanssi vierekkäisen voimajohdon yhteydessä ja ferroresonanssi ja tätä seuraava rinnakkaisresonanssi.
Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tietokonesimuloinnit eivät yksin riitä epävarmuuksien tunnistamiseen. Siksi käytönpalautuksen suunnitteluun tulee sisältyä myös kenttäkokeita. Pimeäkäynnistysgeneraattorin testaaminen kenttäkokeilla ei riitä. Tämän lisäksi myös käytönpalautuksen alkuvaiheessa käytettävän sähkönsiirtoverkon käytönpalautus tulee testata. Tämä siirtoverkko mahdollistaa kulutuksen ja muun sähköntuotannon yhdistämisen pimeäkäynnistysgeneraattoriin.
Tulokset osoittavat myös, että normaaliin käyttöön laaditut simulointimallit eivät sovellu käytönpalautuksen suunnitteluun sähkövoimajärjestelmän erilaisesta käyttäytymisestä johtuen. Siksi järjestelmän käyttäytyminen kenttäkokeiden ja todellisen käytönpalautuksen aikana tulee rekisteröidä riittävän tarkoilla mittauksilla, jotta simulointimalleja voidaan muokata käytönpalautuksen suunnitteluun sopiviksi.
Käytönpalautuksen toimintamallit voivat olla epätavanomaisia ja hyvin erilaisia kuin sähkövoimajärjestelmän normaali käyttö. Siksi toimintamallit tulee suunnitella ennakkoon, todentaa kenttäkokeilla ja kouluttaa säännöllisesti käyttöhenkilöstölle.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4946]