Hajautetun tuotannon ja saarekeverkon tehotasapainon ylläpitäminen akustolla
Piirto, Tuukka (2011)
2011
Automaatiotekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2011-12-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201202241036
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201202241036
Tiivistelmä
Hajautetun tuotannon ja tehoelektroniikan kehittyminen mahdollistavat mikroverkot, jotka ovat suurempaan sähköverkkoon liitettyjä aliverkkoja ja kykenevät tarvittaessa toimimaan erillisinä saarekkeina. Saarekeverkkoja käytetään jo nykyään, mutta toistaiseksi suurin osa niistä on toteutettu polttomoottorilla pyöritetyillä generaattoreilla.
Suurissa sähköverkoissa tuotannon ja kulutuksen välinen tehotasapaino toteutetaan säätämällä tuotantoa tarpeen mukaan. Uusiutuvilla energialähteillä ylläpidetyssä saarekeverkossa tehotasapainon hallinta on haasteellisempaa kuin kantaverkossa, koska esimerkiksi käytettäessä tuuli- ja aurinkoenergiaa sääolosuhteet aiheuttavat tuotantoon suuria vaihteluita. Lisäksi saarekeverkossa kulutuksen muutokset voivat olla suurempia suhteessa verkon nimellistehoon kuin kantaverkossa, jolloin tarvitaan esimerkiksi energiavarastoa tasaamaan tuotannon ja kulutuksen välisiä eroja.
Diplomityön teoriaosuudessa tutustutaan saarekeverkon toimintaan, pohditaan erilaisten sähköverkkojen tehotasapainon ylläpitämiseen liittyviä laitteisto- ja säätövaatimuksia sekä tarkastellaan laitteistojen välisen kommunikoinnin tuomia etuja järjestelmän hallinnassa. Lisäksi esitellään saarekeverkkoihin ja energian varastointiin liittyvää aikaisempaa tutkimusta, mietitään saarekeverkon käyttökohteita sekä etsitään valmiita kaupallisia tuotteita, joilla saarekeverkko voidaan toteuttaa.
Osana diplomityötä rakennetaan ABB:n käyttämään simulointiympäristöön laboratoriojärjestelmää mallintava simulaattori, joka koostuu käyttöliittymästä ja C-ohjelmointikielellä toteutetusta ytimestä, jossa mallien laskenta suoritetaan. Simulaattorin toiminta verifioidaan laboratoriolaitteistolla, joka koostuu tuuliturbiinia kuvaavasta kestomagneettigeneraattorista, energiavarastosta, DC/DC-hakkurista ja saarekekonvertterista.
Työn tavoitteena on selvittää, mitä teknisiä vaatimuksia täytyy ratkaista, jotta hajautettu tuotanto ja tehoelektroniikalla toteutettu saarekeverkko saadaan toimimaan yhdessä. Lisäksi selvitetään, voidaanko tällainen yksikkö toteuttaa ilman tehoelektroniikkalaitteiden välistä kommunikointia. Tulokset osoittavat, että kuvattu laitteisto saadaan toimimaan luotettavasti ilman kommunikaatiota myös kaikissa tutkituissa erikoistilanteissa. /Kir12
Suurissa sähköverkoissa tuotannon ja kulutuksen välinen tehotasapaino toteutetaan säätämällä tuotantoa tarpeen mukaan. Uusiutuvilla energialähteillä ylläpidetyssä saarekeverkossa tehotasapainon hallinta on haasteellisempaa kuin kantaverkossa, koska esimerkiksi käytettäessä tuuli- ja aurinkoenergiaa sääolosuhteet aiheuttavat tuotantoon suuria vaihteluita. Lisäksi saarekeverkossa kulutuksen muutokset voivat olla suurempia suhteessa verkon nimellistehoon kuin kantaverkossa, jolloin tarvitaan esimerkiksi energiavarastoa tasaamaan tuotannon ja kulutuksen välisiä eroja.
Diplomityön teoriaosuudessa tutustutaan saarekeverkon toimintaan, pohditaan erilaisten sähköverkkojen tehotasapainon ylläpitämiseen liittyviä laitteisto- ja säätövaatimuksia sekä tarkastellaan laitteistojen välisen kommunikoinnin tuomia etuja järjestelmän hallinnassa. Lisäksi esitellään saarekeverkkoihin ja energian varastointiin liittyvää aikaisempaa tutkimusta, mietitään saarekeverkon käyttökohteita sekä etsitään valmiita kaupallisia tuotteita, joilla saarekeverkko voidaan toteuttaa.
Osana diplomityötä rakennetaan ABB:n käyttämään simulointiympäristöön laboratoriojärjestelmää mallintava simulaattori, joka koostuu käyttöliittymästä ja C-ohjelmointikielellä toteutetusta ytimestä, jossa mallien laskenta suoritetaan. Simulaattorin toiminta verifioidaan laboratoriolaitteistolla, joka koostuu tuuliturbiinia kuvaavasta kestomagneettigeneraattorista, energiavarastosta, DC/DC-hakkurista ja saarekekonvertterista.
Työn tavoitteena on selvittää, mitä teknisiä vaatimuksia täytyy ratkaista, jotta hajautettu tuotanto ja tehoelektroniikalla toteutettu saarekeverkko saadaan toimimaan yhdessä. Lisäksi selvitetään, voidaanko tällainen yksikkö toteuttaa ilman tehoelektroniikkalaitteiden välistä kommunikointia. Tulokset osoittavat, että kuvattu laitteisto saadaan toimimaan luotettavasti ilman kommunikaatiota myös kaikissa tutkituissa erikoistilanteissa. /Kir12