Testing of low voltage network automation

Abstract

Pienjänniteverkon rooli jakeluverkossa on tulevaisuudessa kasvamassa. Yksittäisen asiakkaan odotukset sähkön laadusta ja toimitusvarmuudesta kasvavat ja keskeytyksistä aiheutuvat kustannukset tulevat nousemaan. Lisäksi hajautetun tuotannon odotetaan kasvavan pienjänniteverkossa, joka tulee vaikuttamaan jakeluverkon toimintaan huomattavasti. Etäluettavia mittareita on asennettu suurimmalle osalle Suomessa ja niiden käyttäminen mahdollistaa pienjänniteverkon tehokkaamman käytön ja valvonnan. Lisäksi jakelumuuntajille kehitettyjen älykkäiden mittauslaitteiden avulla pystytään parantamaan pienjänniteverkon käyttöä ja valvontaa. Jakelumuuntamolta ja etäluettavilta mittareilta saatavia tietoja pystytään hyödyntämään mm. sähkön laadun valvonnassa, vikojen hallinnassa, sähköverkon suunnittelussa ja käyttötoiminnassa. Tämän työn tavoitteena on tutkia jakelumuuntajalla ja etäluettavilla mittareilla suoritettavien mittausten hyödyntämistä pienjänniteverkon valvonnassa ja hallinnassa. Diplomityössä mallinnettiin yksinkertainen kolmivaiheinen pienjänniteverkko, joka koostuu yhdestä jakelumuuntajan lähdöstä ja seitsemästä asiakkaasta. Sähköverkkoa simuloitiin RTDS-reaaliaikasimulaattorilla, josta muuntajan ja asiakkaiden virtojen ja jännitteiden signaalit siirrettiin vahvistimien avulla todellisille mittalaitteille. Mittalaitteiden mittaamat tiedot siirrettiin tiedonsiirtoverkon avulla tietokantaan, josta ne luettiin valvontaohjelmaan. Pienjänniteverkossa tapahtuvia muutoksia ja hälytyksiä pystyttiin seuraamaan lähes reaaliajassa valvontaohjelman avulla. Tässä työssä tutkittavat asiat painottuivat pienjänniteverkon valvontaan sekä kuormituksen muutosten seurantaan ja vikojen hallintaan. Pienjänniteverkon valvontaa tarkasteltiin luomalla erilaisia tilanteita sähköverkkoon ja seuraamalla kuinka tarkkaan valvontaohjelma pystyy näitä muutoksia havaitsemaan. Kuormituksen muutosten seurantaa tarkasteltiin jakelumuuntajalla olevalle tietokoneelle asennetulla tilaestimointialgoritmilla, jonka avulla sähköverkon tehovirtauksia ja asiakkaiden virtoja ja jännitteitä pystyttiin estimoimaan. Vikojen hallintaa tarkasteltiin myös jakelumuuntajan tietokoneelle asennetulla vika-algoritmilla, jota käytettiin vikapaikkojen paikantamiseen. Lisäksi vian hallinnassa kokeiltiin vaarallisten vikojen, kuten nollavian, poistamista pienjänniteverkosta. Tämän työn tutkimustuloksien perusteella voidaan todeta, että mittalaitteilta saatavien tietojen avulla pienjänniteverkon valvontaa ja käytön hallintaa pystytään huomattavasti parantamaan. Mittalaitteiden avulla pienjänniteverkon tilasta saadaan lähes reaaliaikaista tietoa, jonka avulla pienjänniteverkon automaatioastetta voidaan kasvattaa. Kuormitustilanteen kasvaminen pienjänniteverkossa voidaan havaita nopeasti ja siihen pystytään reagoimaan nopeammin. Täten voidaan estää verkon liiallinen kuormittuminen ja samalla pidentää verkon käyttöikää sekä parantaa sen käyttöastetta. Vikojen nopea paikantaminen vähentää keskeytyksistä aiheutuvia kustannuksia ja vaarallisten vikojen nopea poistaminen parantaa turvallisuutta sähköverkossa.