Sähköajoneuvojen latauksen ohjaus sähkövoimajärjestelmän vakautusreservinä

Abstract

Sähköajoneuvojen, niiden latauslaitteiden ja muun ohjattavan kuormituksen määrä jakeluverkoissa on kasvanut. Sähköajoneuvojen voimajärjestelmävaikutuksia ei juuri ole tutkittu, koska sähköajoneuvokanta on pieni. Tuotantokapasiteettia, kuten tuulivoimalaitoksia ja aurinkovoimaloita on liittynyt entistä enemmän verkkoon, ja ne eivät suoraan osallistu taajuuden säätöön. Toisaalta uutta taajuudensäätöön osallistuvaa vesivoimaa ei juurikaan rakenneta, vaan vesivoimakapasiteetin on ennustettu säilyvän lähes ennallaan. Kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj vastaa Suomessa taajuudensäädöstä. Taajuudensäätö tapahtuu taajuuden vakautus- ja palautusreservien avulla. Vakautusreservit jakautuvat taajuusohjattuihin käyttö- ja häiriöreserveihin. Käyttöreservien avulla taajuus pyritään pitämään normaalialueella 49,9 Hz - 50,1 Hz ja häiriöreserveillä vähintään arvossa 49,5 Hz. Suomessa taajuushäiriöistä on selvitty reservien avulla. Työssä sähköajoneuvon latauksen voimajärjestelmävaikutuksia on tarkasteltu vakautusreservien näkökulmasta. Lisäksi on tarkasteltu standardien asettamia vaatimuksia sähköajoneuvon lataukselle ja erilaisia latausratkaisuja pistokelatauksen, virroitinlatauksen ja langattoman latauksen osalta. Myös sähköajoneuvojen latauskäyttäytymistä, latauksen saatavuutta, hinnoittelua, akkuja ja lataustehoja on tarkasteltu. Työtä varten käytettävissä on verkkoekvivalentti, joka kuvaa yleisellä tasolla Suomen, Ruotsin ja Norjan siirtoverkkojen rakennetta. Ekvivalentista on erotettu ja päivitetty Suomea edustava osa siten, että mallia on voitu hyödyntää taajuushäiriötarkasteluissa. Lisäksi tehonjako- ja oikosulkulaskennan tuloksien avulla on rakennettu keski- ja pienjännitejakeluverkkolähtöjä. Työssä sähköajoneuvojen latauksen yhteisvaikutus voimajärjestelmään on mallinnettu kolmivaiheisella suuritehoisella tasasuuntaajalla. Sähköajoneuvojen aggregoidun latauslaitemallin pätötehoa on ohjattu taajuusmittaukseen perustuen. Taajuusohjattavien latauslaitteiden yhteisvaikutusta on tarkasteltu konseptitasolla siten, että ladattavia sähköajoneuvoja on noin 200 000 – 500 000 kpl. Käytännössä näin suurta sähköajoneuvokantaa ei ole, vaan ohjauksen on voitu ajatella mallintavan myös muiden ohjattavien kuormien voimajärjestelmävaikutuksia reserveinä. Sähköajoneuvojen latauslaitteiden yhteistoimintaa voimajärjestelmän taajuusohjattavana reservinä on mallinnettu ja tuloksia on verrattu ohjaamattoman kuormituksen käyttötapauksiin. Aggregoidulla sähköajoneuvojen latauksen taajuusohjauksella on mahdollista vaikuttaa esimerkiksi generaattorivian jälkeiseen taajuusminimin arvoon ja sen saavuttamishetkeen pienentävästi.