Pienjänniteverkon kulutusmuutosten havainnointi ja sähkön laadun varmistus

Abstract

Currently, there isn’t really any anticipation in detecting power quality deviations of the low voltage distribution network. Investigations and actions about power quality issues are made on the basis of customer notifications. After the notification made by the customer, the next steps are based on the measurement data obtained from the AMR devices and the network information obtained from the network information system. After the valuation of the data from AMR devices and network information system, local power quality measurements are made if necessary. Following the previous assessments, the typical actions for solving the power quality issues are either fortification of the distribution network or limitation of customer’s currents which are exceeding the allowed limits for customer’s interface.

The aim of this thesis was to study the power quality requirements and the current state of the power quality in the low voltage distribution network. One goal of the study was to identify the current challenges in power quality surveys. In addition, a goal of this thesis was also to identify electrical equipment which can have an effect on power quality (electric cars, heat pumps, etc.) and to evaluate their impact on power quality as they are becoming more common. The aim was also to study the possibilities of utilizing the measured time series and the voltage data from the AMR devices and defining a new proactive operating model in order to detect the power quality deviations before customer notifications.

During the thesis the current state of the power quality in the distribution network and the power quality effects of heat pumps, electric cars, power electronics and solar electric were studied. In addition, the study examined the possibilities of using AMR devices, the measured time series and the voltage data in the detection of power quality deviations. Power quality detection techniques were investigated by using the locations where power quality deviations had been found in the past with power quality measurements.

A consumption model was developed in the thesis. This consumption model utilizes the network data available from the network information system, the metering data obtained from the AMR devices and the local heating figures available from the Finnish Meteorological Institute. The functionality of the consumption model was tested by examining consumption data of approximately 2900 customers and testing if the consumption model would be able to find any changes. Developed consumption model was able to detect changes in the customers consumption. The project also developed a new, more proactive approach to dealing with power quality deviations. The work also defined the characteristics of the IT functionality needed for the regular utilization of the consumption model.

Tällä hetkellä pienjännitteisen jakeluverkon laatupoikkeamille ei verkostosuunnittelua lukuun ottamatta oikeastaan ole ennakointia ja laatuvaihteluihin liittyvät selvitykset sekä toimenpiteet tehdään asiakasilmoitusten perusteella. Diplomityössä laatupoikkeamilla tarkoitetaan tilannetta, jossa sähkön laatu ei vastaa standardissa SFS-EN 50160 asetettuja vaatimuksia ja laatuvaihtelulla tarkoitetaan tilannetta, jossa epäillään, että täyttääkö sähkön laatu sille asetetut vaatimukset. Asiakkaan tekemän laatuvaihteluilmoituksen jälkeen toimena ovat AMR-mittareilta saatavien mittaustietojen sekä verkkotietojen tarkastaminen ja tarvittaessa paikalliset laatumittaukset. Edellä mainittujen selvitysten jälkeen tyypillisiä toimia ovat joko jakeluverkon vahvistus tai verkkopalveluehtojen mukainen asiakkaan liittymäkoon ylittävien virtojen / tehojen rajoitus.

Diplomityössä tavoitteena oli pienjännitteisen jakeluverkon sähkön laadulle asetettujen vaatimuksien sekä sähkön laadun nykytilan tutkiminen. Tutkimuksessa tavoitteena oli sähkön laatuselvityksien haasteiden tunnistaminen ja sähköverkossa yleistyvien sähkölaitteiden sähkön laadullisten vaikutuksien selvittäminen. Tavoitteena oli myös AMR-mittareilta saatavien mittaussarjojen sekä jännitetietojen hyödyntämisen mahdollisuuksien tutkiminen ja uuden ennakoivan toimintamallin määritteleminen laatuvaihteluiden selvittämisen tueksi.

Työssä tutkittiin jakeluverkon sähkön laadun nykytilaa ja verkossa yleistyviä sähkölaitteita, jotka saattavat lisätä verkossa esiintyviä laatupoikkeamia. Lisäksi työssä tutkittiin AMR-mittareilta saatavien tuntisarjojen, verkkotietojen sekä jännitetietojen hyödyntämisen mahdollisuuksia sähkön laatupoikkeamien havaitsemisessa ja sähkön laadun varmistamisessa. Havaitsemista tutkittiin hyödyntämällä käyttöpaikkoja, joissa oli laatumittauksin todettu esiintyvän laatupoikkeamia. Tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tapoja havaita sähkönkäyttäjien kulutusmuutoksia. Analysoituja tapoja olivat muun muassa hajontakaaviot, varianssianalyysit sekä erilaiset muutosanalyysit.

Työssä kehitettiin kulutusmalli, joka hyödyntää verkkotietojärjestelmästä saatavia verkkotietoja, AMR-mittareilta saatavia mittaustietoja sekä Ilmatieteenlaitokselta saatavia kuntakohtaisia lämmitystarvelukuja. Kulutusmallin toimivuutta testattiin tutkimalla noin 2900 käyttöpaikan mittaustietoja ja mallin havaittiin tunnistavan verkossa esiintyviä kulutusmuutoksia. Työssä kehitettiin myös uusi aiempaa ennakoivampi toimintamalli sähkön laatuvaihteluiden havaitsemiseksi sekä laatupoikkeamien käsittelemiseksi. Työssä määriteltiin myös kulutusmallin säännöllisessä käsittelyssä tarvittavan IT-toiminnallisuuden ominaisuudet.