Mikroverkon sähkön laatu ja energianhallinta
Eskelinen, Mikael (2023)
2023
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
2023-03-10
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303022714
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202303022714
Tiivistelmä
Siirtyminen uusiutuviin energianlähteisiin perustuvaan sähköntuotantoon on johtanut ja johtaa säädettävän sähköntuotannon vähenemiseen. Sähköverkon stabiilisuuden tukemiseksi kantaverkkoyhtiö Fingrid tarjoaakin mahdollisuuden osallistua reservimarkkinoille erilaisilla reservituotteilla. Lisääntyneen sähkön hinnan volatiliteetin ohella tämä tarjoaa mikroverkoille mahdollisuuden ansaita energianhallinnalla. Toisaalta tehoelektroniikkalaitteiden lisääntynyt käyttö aiheuttaa mikroverkoissa myös tarpeen huolehtia sähkön laadusta.
Tässä työssä tarkasteltiin miten akkuenergiavarastolla voidaan parantaa sähkön laatua, mitkä ovat mikroverkon energianhallintajärjestelmän tavoitteet ja yleisimmät toiminnot, miten reservimarkkinoille voidaan osallistua yhtä aikaa mikroverkon energianhallinnan kanssa ja miten mikroverkon resurssien välinen kommunikaatio voidaan toteuttaa. Tutkimusmenetelminä käytettiin mikroverkon mallinnusta ja simulointia. Mallinnus- ja simulointityökaluina käytettiin ohjelmia Matlab Simulink, RSCAD ja RTDS. Kommunikaation toteutukseen tutustuttiin kirjallisuuden avulla. Diplomityö toteutettiin osana Merus Power Oyj:n laajempaa tutkimushanketta.
Kirjallisuuden avulla implementoitiin kolme energianhallinta-algoritmia, joita ovat huipputehon leikkaus -, pätötehon muutosnopeuden hallinta - ja FCR-N-algoritmi. Algoritmien toimintaa simuloitiin sekä Simulink- että RTDS-ympäristössä, joissa ne todettiin pääosin toimiviksi. Huipputehon leikkaus -algoritmin suorituskykyyn täytyy vielä kiinnittää huomiota, ennen kuin sitä voitaisiin käyttää todellisessa fyysisessä mikroverkon ohjaimessa. Lisäksi testattiin kirjallisuudessa esiintyneiden sähkön laadun korjausmenetelmien toimintaa. Menetelmien suorituskyky todettiin suhteellisen hyväksi. Suorituskykyä voitaisiin kuitenkin vielä parantaa muuttamalla korjausmenetelmien open-loop-säätö closed-loop-säädöksi.
Tässä työssä tarkasteltiin miten akkuenergiavarastolla voidaan parantaa sähkön laatua, mitkä ovat mikroverkon energianhallintajärjestelmän tavoitteet ja yleisimmät toiminnot, miten reservimarkkinoille voidaan osallistua yhtä aikaa mikroverkon energianhallinnan kanssa ja miten mikroverkon resurssien välinen kommunikaatio voidaan toteuttaa. Tutkimusmenetelminä käytettiin mikroverkon mallinnusta ja simulointia. Mallinnus- ja simulointityökaluina käytettiin ohjelmia Matlab Simulink, RSCAD ja RTDS. Kommunikaation toteutukseen tutustuttiin kirjallisuuden avulla. Diplomityö toteutettiin osana Merus Power Oyj:n laajempaa tutkimushanketta.
Kirjallisuuden avulla implementoitiin kolme energianhallinta-algoritmia, joita ovat huipputehon leikkaus -, pätötehon muutosnopeuden hallinta - ja FCR-N-algoritmi. Algoritmien toimintaa simuloitiin sekä Simulink- että RTDS-ympäristössä, joissa ne todettiin pääosin toimiviksi. Huipputehon leikkaus -algoritmin suorituskykyyn täytyy vielä kiinnittää huomiota, ennen kuin sitä voitaisiin käyttää todellisessa fyysisessä mikroverkon ohjaimessa. Lisäksi testattiin kirjallisuudessa esiintyneiden sähkön laadun korjausmenetelmien toimintaa. Menetelmien suorituskyky todettiin suhteellisen hyväksi. Suorituskykyä voitaisiin kuitenkin vielä parantaa muuttamalla korjausmenetelmien open-loop-säätö closed-loop-säädöksi.