Jännitestabiiliuteen vaikuttavat tekijät Suomen voimajärjestelmässä
Westerberg, Mikael (2015)
2015
Sähkötekniikan 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
2015-02-04
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201501291019
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201501291019
Tiivistelmä
Suomen kantaverkko on osa Pohjoismaista voimajärjestelmää, joka muodostaa oman synkronialueen. Suomen keskeisimmät siirtoyhteydet synkronialueen sisällä ovat Ruotsiin. Suomen voimajärjestelmään liitetään lähivuosina paljon tuulivoimaa ja Olkiluodon kolmas ydinvoimala. Lisäksi kaksi muuta ydinvoimalaa on suunnitteilla.
Kantaverkko on mitoitettu kestämään minkä tahansa yksittäisen komponentin irtoaminen verkosta. Mitoitukseen oleellisesti liittyvä siirtokyky on koko voimajärjestelmän ominaisuus. Se tarkoittaa suurinta siirrettävää tehoa tarkasteltavan verkon leikkauksen läpi niin, että jännitteet ja virrat pysyvät sallituissa rajoissa myös mitoittavan vian jälkeen. Siirtokykyä rajoittavia tekijöitä ovat johtojen terminen kuormitettavuus ja stabiilius, joka voidaan jakaa jännite , kulma- ja taajuusstabiiliuteen.
Tässä työssä tarkastellaan siirtokykyä vain jännitestabiiliuden näkökulmasta. Jännitestabiiliudella tarkoitetaan sitä, että verkon jännitteet ovat vian jälkeen riittävän suuret. Simuloinneilla selvitetään, mitkä asiat vaikuttavat eniten jännitestabiiliuteen. Keskeisimmät tarkasteltavat asiat ovat suurimman tuotantoyksikön koon kasvu, tuulivoiman lisääntyminen ja kuormien jänniteriippuvuus.
Työn painopisteeksi on valittu tilanne, jossa sähköä tuodaan Ruotsista Suomeen. Simulointeja tehdään kolmena eri ajankohtana, joista jokaista tarkastellaan kolmessa eri käyttötilanteessa. Näin voidaan selvittää, mikä on verkon kehittymisen ja käyttötilanteen merkitys jännitestabiiliuden kannalta.
Simulointien tuloksista havaitaan, että jänniteheilahtelut ovat sitä syvempiä, mitä vähemmän generaattoreita on verkossa. Simulointien perusteella voidaan todeta myös, että suurimman tuotantoyksikön vaikutus verkon jännitteisiin on selvästi havaittavissa. Vastaavasti tuulivoimakapasiteetin merkittävä lisääntyminen heikentää jännitestabiiliutta. Lisäksi kuormien jänniteriippuvuudella voi olla tuulivoimaa suurempi vaikutus siihen, kuinka jännitestabiilius säilyy.
Kantaverkko on mitoitettu kestämään minkä tahansa yksittäisen komponentin irtoaminen verkosta. Mitoitukseen oleellisesti liittyvä siirtokyky on koko voimajärjestelmän ominaisuus. Se tarkoittaa suurinta siirrettävää tehoa tarkasteltavan verkon leikkauksen läpi niin, että jännitteet ja virrat pysyvät sallituissa rajoissa myös mitoittavan vian jälkeen. Siirtokykyä rajoittavia tekijöitä ovat johtojen terminen kuormitettavuus ja stabiilius, joka voidaan jakaa jännite , kulma- ja taajuusstabiiliuteen.
Tässä työssä tarkastellaan siirtokykyä vain jännitestabiiliuden näkökulmasta. Jännitestabiiliudella tarkoitetaan sitä, että verkon jännitteet ovat vian jälkeen riittävän suuret. Simuloinneilla selvitetään, mitkä asiat vaikuttavat eniten jännitestabiiliuteen. Keskeisimmät tarkasteltavat asiat ovat suurimman tuotantoyksikön koon kasvu, tuulivoiman lisääntyminen ja kuormien jänniteriippuvuus.
Työn painopisteeksi on valittu tilanne, jossa sähköä tuodaan Ruotsista Suomeen. Simulointeja tehdään kolmena eri ajankohtana, joista jokaista tarkastellaan kolmessa eri käyttötilanteessa. Näin voidaan selvittää, mikä on verkon kehittymisen ja käyttötilanteen merkitys jännitestabiiliuden kannalta.
Simulointien tuloksista havaitaan, että jänniteheilahtelut ovat sitä syvempiä, mitä vähemmän generaattoreita on verkossa. Simulointien perusteella voidaan todeta myös, että suurimman tuotantoyksikön vaikutus verkon jännitteisiin on selvästi havaittavissa. Vastaavasti tuulivoimakapasiteetin merkittävä lisääntyminen heikentää jännitestabiiliutta. Lisäksi kuormien jänniteriippuvuudella voi olla tuulivoimaa suurempi vaikutus siihen, kuinka jännitestabiilius säilyy.