Tuulivoiman alisynkroninen vuorovaikutus Suomen kantaverkossa : Impedanssipohjainen analyysi
Kittilä, Joona (2026)
2026
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
2026-03-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202603153232
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202603153232
Tiivistelmä
Tuulivoiman tuotannon määrä Suomen kantaverkossa on kasvanut viime vuosina räjähdysmäisesti, ja tuulivoimasta on tullut yksi merkittävimmistä sähköntuotantomenetelmistä suomalaisessa sähköjärjestelmässä. Suomen sähkönsiirtoverkkossa on ollut sarjakompensointia jo vuodesta 1997 lähtien pohjois-etelä-suuntaisilla yhteyksillä sekä vaihtosähköyhteyksillä Suomesta Ruotsiin.
Tyypin 3 tuulivoimapuistojen ja sarjakompensoidun sähköverkon välillä voi esiintyä alisynkronista vuorovaikutusta, joka voi aiheuttaa sähköverkkoon vaimentumatonta alisynkronista värähtelyä. Vaimentumaton alisynkroninen värähtely voi aiheuttaa sähköverkossa laiterikkoja tai merkittävän määrän tuulivoimatuotannon irtikytkeytymisiä.
Alisynkronisen värähtelyn mahdollisuutta sarjakompensoidussa sähköverkossa on analysoitu tähän mennessä myötäverkon impedanssiin perustuvilla menetelmillä. Tässä diplomityössä tutkitaan, voidaanko myötäverkon impedanssiin perustuvilla menetelmillä analysoida luotettavasti alisynkronisen värähtelyn mahdollisuutta tyypin 3 tuulivoimapuistoille. Tässä diplomityössä tutkitaan myös, millainen vaikutus sähköverkon verkkotopologialla ja rinnakkaisilla tuulivoimapuistoilla on alisynkronisen värähtelyn mahdollisuuteen sarjakompensoidussa sähköverkossa.
Tulosten perusteella saatiin selville, että myötäverkon impedanssiin perustuvilla impedanssipohjaisilla menetelmillä voidaan tutkia luotettavasti alisynkronista värähtelyä tyypin 3 tuulivoimapuistoille aina 30 Hz:n taajuuteen asti. Yli 30 Hz:n taajuuksilla vastaverkon impedanssilla sekä myötä- ja vastaverkon vuorovaikutuksen impedansseilla on vaikutusta impedanssiskannausten tuloksiin. Yli 30 Hz:n taajuuksilla myötäverkon impedanssiin perustuvilla impedanssipohjaisilla menetelmillä ei saada tarkkoja tuloksia tyypin 3 tuulivoimapuistolle.
Tämän diplomityön tutkimusten perusteella todettiin sähköverkon verkkotopologian ja rinnakkaisten tuulivoimaloiden vaikuttavan merkittävästi alisynkronisen värähtelyn mahdollisuuteen sarjakompensoidussa sähköverkossa. Jokaiselle solmupisteelle muodostuu erilainen impedanssikäyrä, ja verkkotopologian muutoksen todettiin vahvistavan joitakin impedanssikäyrän muotoja. Vahvistava vaikutus voi tehdä solmupisteen alttiiksi alisynkroniselle värähtelylle.
Uuden tyypin 3 tuulivoimapuiston liittäminen sähköverkkoon aiheuttaa liitettävän tuulivoimapuiston solmupisteen negatiivisen resistanssin laajalla alueella, mikä lisää alisynkronisten värähtelyjen mahdollisuutta. Tulosten perusteella huomattiin myös, että sähköverkossa olevat rinnakkaiset tuulivoimapuistot synnyttivät taustaverkon taajuustason impedanssikäyrään todella herkästi rinnakkaisresonanssipiikin. Aikatason tarkasteluissa syntyneen värähtelyn taajuus vastasi lähes aina rinnakkaisresonanssipiikin taajuutta. Jatkotutkimuksissa on tärkeää selvittää, onko havaittu rinnakkaisresonanssipiikki vain mallinnuksessa näkyvä ilmiö, vai onko rinnakkaisresonanssipiikki ja sen aiheuttamat värähtelyt osana Suomen sähkönsiirtoverkkoa.
Tyypin 3 tuulivoimapuistojen ja sarjakompensoidun sähköverkon välillä voi esiintyä alisynkronista vuorovaikutusta, joka voi aiheuttaa sähköverkkoon vaimentumatonta alisynkronista värähtelyä. Vaimentumaton alisynkroninen värähtely voi aiheuttaa sähköverkossa laiterikkoja tai merkittävän määrän tuulivoimatuotannon irtikytkeytymisiä.
Alisynkronisen värähtelyn mahdollisuutta sarjakompensoidussa sähköverkossa on analysoitu tähän mennessä myötäverkon impedanssiin perustuvilla menetelmillä. Tässä diplomityössä tutkitaan, voidaanko myötäverkon impedanssiin perustuvilla menetelmillä analysoida luotettavasti alisynkronisen värähtelyn mahdollisuutta tyypin 3 tuulivoimapuistoille. Tässä diplomityössä tutkitaan myös, millainen vaikutus sähköverkon verkkotopologialla ja rinnakkaisilla tuulivoimapuistoilla on alisynkronisen värähtelyn mahdollisuuteen sarjakompensoidussa sähköverkossa.
Tulosten perusteella saatiin selville, että myötäverkon impedanssiin perustuvilla impedanssipohjaisilla menetelmillä voidaan tutkia luotettavasti alisynkronista värähtelyä tyypin 3 tuulivoimapuistoille aina 30 Hz:n taajuuteen asti. Yli 30 Hz:n taajuuksilla vastaverkon impedanssilla sekä myötä- ja vastaverkon vuorovaikutuksen impedansseilla on vaikutusta impedanssiskannausten tuloksiin. Yli 30 Hz:n taajuuksilla myötäverkon impedanssiin perustuvilla impedanssipohjaisilla menetelmillä ei saada tarkkoja tuloksia tyypin 3 tuulivoimapuistolle.
Tämän diplomityön tutkimusten perusteella todettiin sähköverkon verkkotopologian ja rinnakkaisten tuulivoimaloiden vaikuttavan merkittävästi alisynkronisen värähtelyn mahdollisuuteen sarjakompensoidussa sähköverkossa. Jokaiselle solmupisteelle muodostuu erilainen impedanssikäyrä, ja verkkotopologian muutoksen todettiin vahvistavan joitakin impedanssikäyrän muotoja. Vahvistava vaikutus voi tehdä solmupisteen alttiiksi alisynkroniselle värähtelylle.
Uuden tyypin 3 tuulivoimapuiston liittäminen sähköverkkoon aiheuttaa liitettävän tuulivoimapuiston solmupisteen negatiivisen resistanssin laajalla alueella, mikä lisää alisynkronisten värähtelyjen mahdollisuutta. Tulosten perusteella huomattiin myös, että sähköverkossa olevat rinnakkaiset tuulivoimapuistot synnyttivät taustaverkon taajuustason impedanssikäyrään todella herkästi rinnakkaisresonanssipiikin. Aikatason tarkasteluissa syntyneen värähtelyn taajuus vastasi lähes aina rinnakkaisresonanssipiikin taajuutta. Jatkotutkimuksissa on tärkeää selvittää, onko havaittu rinnakkaisresonanssipiikki vain mallinnuksessa näkyvä ilmiö, vai onko rinnakkaisresonanssipiikki ja sen aiheuttamat värähtelyt osana Suomen sähkönsiirtoverkkoa.