Sähköautojen kotilatauksen vaikutukset sähkönjakeluverkon jännitteen laatuun
Laalahti, Antti (2019)
2019
Sähkötekniikka
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-05-23
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905231742
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201905231742
Tiivistelmä
Sähköautojen määrä kasvaa todennäköisesti tulevaisuudessa huomattavasti. Valtioilla on erilaisia tulevaisuuden tavoitteita sähköautojen osuuden kasvattamisesta liikenteessä. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää, kuinka sähköautojen kotilatauksen kasvu tulee vaikuttamaan nykyisen kaltaisen sähkönjakeluverkon jännitteen laatuun.
Työ toteutettiin simuloimalla tilannetta verkossa, kun sinne lisätään erilaisia määriä sähköautoja. Sähköautojen määrät saatiin erilaisista tavoitteista niiden lisääntymiselle. Tavoitteina käytettiin Suomen vuoden 2030 tavoitetta, EU:n vuoden 2030 tavoitetta ja EU:n vuoden 2050 tavoitetta. Näistä ensimmäisessä on tavoiteltu pienintä määrää sähköautojen kasvussa ja viimeisessä suurinta määrää. Tarkasteltavana verkkona toimi Pirkanmaalla sijaitseva sähkönjakeluverkko, joka sisälsi kaupungin sisäistä verkkoa ja laajoja haja-asutusalueen verkon osia. Tästä verkosta oli lähtötietoina kuormitustiedot, joihin sähköautojen kuormitus lisättiin erilaisissa simuloinneissa.
Työssä tarkasteltiin simuloimalla, mitä verkossa tapahtuu jakelumuuntajien kuormitukselle, verkon jännitetasoille, jännitteen harmoniselle kokonaissärölle ja jännitteen epäsymmetrialle. Simulaatiot tehtiin kaikille suureille kaikissa tarkasteltavissa tavoitteissa. Välkyntä käytiin lävitse vain teoriaosuudessa. Tuloksien tarkastelussa tutkittiin, missä järjestyksessä eri suureet tulevat aiheuttamaan ongelmia, kun sähköautojen määrä verkossa jatkaa kasvua.
Simulointien tulokset osoittivat, että todennäköisesti ensimmäiset ongelmat tulevat ilmenemään Suomen vuoden 2030 tavoitteen aikaan ja sitä suuremmilla sähköautomäärillä. Silloin ylikuorma jakelumuuntajilla verkossa kasvaa merkittäväksi. Samaan aikaan ongelmia alkavat aiheuttaa sähköautolaturien yliaallot, jotka aiheuttavat jännitteen harmonisen kokonaissärön nopean kasvun. Seuraavaksi ongelmia aiheuttaa todennäköisesti jännitetaso verkossa, kun tarkastellaan EU:n vuoden 2030 tavoitetta ja sitä suurempia sähköautomääriä. Jännitetason suurimmat ja pienimmät arvot alkavat olla melko kaukana toisistaan osassa verkon solmupisteistä. Tästä voi aiheutua ongelmia asiakkaan liityntäpisteessä. Lisäksi ongelmia aiheutti jännitteen epäsymmetria. Tätä alkaa esiintyä vasta EU:n vuoden 2050 tavoitteen aikaan tai sitä suuremmilla sähköautomäärillä.
Lopuksi arvioitiin, millä korjaustoimenpiteillä pystytään ehkäisemään mainitut ongelmat sähkönjakeluverkossa. Tässä tarkasteltiin, miten verkonylläpitäjän pitäisi reagoida missäkin vaiheessa, kun sähköautojen määrä alkaa kasvaa.
Työ toteutettiin simuloimalla tilannetta verkossa, kun sinne lisätään erilaisia määriä sähköautoja. Sähköautojen määrät saatiin erilaisista tavoitteista niiden lisääntymiselle. Tavoitteina käytettiin Suomen vuoden 2030 tavoitetta, EU:n vuoden 2030 tavoitetta ja EU:n vuoden 2050 tavoitetta. Näistä ensimmäisessä on tavoiteltu pienintä määrää sähköautojen kasvussa ja viimeisessä suurinta määrää. Tarkasteltavana verkkona toimi Pirkanmaalla sijaitseva sähkönjakeluverkko, joka sisälsi kaupungin sisäistä verkkoa ja laajoja haja-asutusalueen verkon osia. Tästä verkosta oli lähtötietoina kuormitustiedot, joihin sähköautojen kuormitus lisättiin erilaisissa simuloinneissa.
Työssä tarkasteltiin simuloimalla, mitä verkossa tapahtuu jakelumuuntajien kuormitukselle, verkon jännitetasoille, jännitteen harmoniselle kokonaissärölle ja jännitteen epäsymmetrialle. Simulaatiot tehtiin kaikille suureille kaikissa tarkasteltavissa tavoitteissa. Välkyntä käytiin lävitse vain teoriaosuudessa. Tuloksien tarkastelussa tutkittiin, missä järjestyksessä eri suureet tulevat aiheuttamaan ongelmia, kun sähköautojen määrä verkossa jatkaa kasvua.
Simulointien tulokset osoittivat, että todennäköisesti ensimmäiset ongelmat tulevat ilmenemään Suomen vuoden 2030 tavoitteen aikaan ja sitä suuremmilla sähköautomäärillä. Silloin ylikuorma jakelumuuntajilla verkossa kasvaa merkittäväksi. Samaan aikaan ongelmia alkavat aiheuttaa sähköautolaturien yliaallot, jotka aiheuttavat jännitteen harmonisen kokonaissärön nopean kasvun. Seuraavaksi ongelmia aiheuttaa todennäköisesti jännitetaso verkossa, kun tarkastellaan EU:n vuoden 2030 tavoitetta ja sitä suurempia sähköautomääriä. Jännitetason suurimmat ja pienimmät arvot alkavat olla melko kaukana toisistaan osassa verkon solmupisteistä. Tästä voi aiheutua ongelmia asiakkaan liityntäpisteessä. Lisäksi ongelmia aiheutti jännitteen epäsymmetria. Tätä alkaa esiintyä vasta EU:n vuoden 2050 tavoitteen aikaan tai sitä suuremmilla sähköautomäärillä.
Lopuksi arvioitiin, millä korjaustoimenpiteillä pystytään ehkäisemään mainitut ongelmat sähkönjakeluverkossa. Tässä tarkasteltiin, miten verkonylläpitäjän pitäisi reagoida missäkin vaiheessa, kun sähköautojen määrä alkaa kasvaa.