Aktiivisen verkonhallinnan hy

1
Aktiivisen verkonhallinnan hyödyt

• Johdanto
• Aktiivinen verkon hallinta
• Jännitteennousuefekti
• Aktiivinen jännitteen hallinta
• Pätötehon rajoittaminen
• Loistehon hallinta
• Koordinoitu jännitteen säätö
• Aktiivisen verkonhallinnan hyödyt case study
• Yhteenveto

Ontrei Raipala
2
Johdanto

• Jakeluverkot on perinteisesti suunniteltu
  toimimaan passiivisena välivaiheena
  siirtoverkosta jakeluverkon kautta
  pienjänniteverkkoon siirretylle sähköenergialle
• Jakeluverkot on suunniteltu determinististen
  periaatteiden mukaan kestämään pahimmat
  mahdolliset tilanteet pienimmällä mahdollisella
  ohjaustarpeella
• Hajautetun tuotannon (DG) määrän odotetaan
  kasvavan
• DGn kasvun toteuttaminen saattaa edellyttää
  siirtymistä passiivisesta aktiiviseen
  verkonhallintaan

3
Aktiivinen verkon hallinta

• Aktiivinen verkonhallinta käyttää olemassa olevaa
  verkkoa optimaalisesti
• käyttämällä älykkäästi aktiivisia resursseja,
  kuten generaattoreita, käämikytkimiä, jännitteen-
  ja loistehon säätäjiä, sekä verkon kytkentätilan
  aktiivista hallintaa yhdessä integroidusti
• Aktiivinen verkonhallinta mahdollistaa suuremman
  hajautetun tuotannon kapasiteetin ilman verkon
  vahvistamista
• Tulevaisuudessa mahdollisesti saarekekäyttö gt
  luotettavuus
• Toimivat lisäpalvelumarkkinat olisivat
  välttämätön ehto aktiiviselle jakeluverkon
  hallinnalle

4
Jännitteensäätö

• Jakeluverkon jännitteensäätö perustuu yleensä
  sähköaseman kiskon jännitteen vakiona pitämiseen
  (joskus myös kuormitustilanne huomioidaan
  säädössä)
• suunniteltu verkkoon jossa tehonsuunta on
  yksisuuntainen
• Kirjoittajien mielestä jännitteennousu on suurin
  este hajautetun tuotannon yleistymiselle
  maaseutuverkoissa
• Verkkoyhtiöt eivät halua verkkoonsa tuotantoa,
  koska se muuttaa jänniteprofiileja
• Hajautettua tuotantoa ei ole kuitenkaan usein
  taloudellisesti kannattavaa liittää korkeammille
  jännitetasoille

5

• Passiivisesti hallitussa verkossa suurinta
  liitettävissä olevaa tuotantokapasiteettia
  arvioidaan suurimman mahdollisen jännitteennousun
  mukaan.
• max tuotanto min kulutus (PLQL0)

Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi, että QG
QC 0
6
Pätötehon rajoittaminen ääritilanteissa

• Hetket, joina tuotanto on maksimissaan samaan
  aikaan kun kulutus on minimissään, ovat melko
  harvinaisia
• on usein taloudellisesti järkevämpää, ettei
  suurinta sallittavaa tuotantokapasiteettia
  arvioida tämän pahimman tapauksen mukaan vaan
  rajoitetaan pätötehon tuotantoa äärimmäisissä
  tilanteissa
• Ääritilanteissa (min kulutus suuri tuotanto)
  sähkö on usein halpaa gt pienentää menetettyä
  tuottoa

7
Loistehon hallinta

• Ehkäistään jännitteennousua loistehon
  kompensoinnilla (STATCOM, SVC)
• Tehokas menetelmä jännitteen nousun
  ehkäisemiseksi avojohtoverkoissa (suuri
  reaktanssi)
• Loistehon hallinta mahdollistaa tällöin alemman
  kaavan jälkimmäisen termin osoittaman
  lisäkapasiteetin (11kV verkko ottaa 33kV verkosta
  loistehon Qimport)
• Menetelmä ei ole kovin tehokas kaapeliverkossa (X
  tyypillisesti noin 4 x pienempi kuin
  avojohtoverkossa)

8
Koordinoitu jännitteensäätö

• Perustuu päämuuntajan käämikytkimen aktiiviseen
  hyväksikäyttöön
• Menetelmä mahdollistaa suuremman
  tuotantokapasiteetin säätämällä sähköaseman
  jännitteen pienimpään mahdolliseen arvoonsa
  pitäen kaikki verkon jännitteet kuitenkin
  sallittujen rajojen sisäpuolella
• Puhtaasti kuormitusta sisältävien lähtöjen
  (ongelmana jännitteen alenema) ja merkittävästi
  tuotantoa sisältävien lähtöjen (ongelmana
  jännitteennousu) jännitteensäätö saattaa olla
  järkevää eriyttää toisistaan käyttämällä
  jännitteensäätäjiä.
• Edellyttää mittauksia avainasemassa olevista
  solmupisteistä ja sopivia kommunikaatioyhteyksiä

9
Casestudy

• Tarkasteltavassa verkossa 1 kuormituslähtö ja 1
  tuotantoa sisältävä lähtö, sekä muita lähtöjä
  kuvaava kuorma
• Kuormitukset on muodostettu käyttäen sekoitusta
  kotitalous-, liiketila- ja teollisuuskuormista
  perustuen tuntikohtaisiin keskiarvoihin gt
  vuosikohtaiset kuormitusprofiilit (kuvaan
  merkitty max. kuormitustilanne)
• Tuuliturbiinin tuotantokäyrä perustuu
  tilastolliseen Markovin malliin
• 1) Min kuormitus max tuotanto - sallittava
  kapasiteetti 10MW (passiivinen hallinta)
• 2) Max kuormitus max tuotanto sallittava
  kapasiteetti 6MW (passiivinen hallinta)

10
Jännitteensäätömenetelmien tehokkuus

• Tarkastellaan eri säätömenetelmien vaikutusta
  suurimpaan sallittavaan vuosituotantoon ja
  tarvittavaan pätötehon rajoittamiseen (MWh/a), U
  saa vaihdella 3
• Hetkittäinen tuotannon rajoittaminen yhdistettynä
  eri tehokerroinvaatimuksiin (pf 0,98 pf
  0,95)
• Loistehonkompensointi tuulipuiston
  liitäntäpisteeseen asennetuilla erikokoisilla SVC
  laitteistolla

Pf 0,95
Pf 0,98
11
Aluesäätöön perustuva käämikytkimen säätö

• Aiemmissa tapauksissa päämuuntajan käämikytkin
  oli asetettu pitämään kiskojännite vakioarvossa
  1,0pu.
• Tässä casessa käämikytkin asetetaan optimoimaan
  kiskojännite mahdollisimman alhaiseksi

12
Aluesäätöön perustuva käämikytkimen säätö
yhdistettynä tuotantolähdölle sijoitettuun
jännitteensäätäjään

• Asetetaan jännitteensäätäjä tuulipuiston
  sisältävän lähdön alkuun antamaan OLTClle lisää
  pelivaraa
• Jännitteensäätäjä kykenee jatkuvasti säätämään
  jännitettä välillä 0,9pu..1,1pu
• Nyt mahdollista liittää 20MW tuulipuisto hyvin
  pienellä tuotannon leikkaustarpeella

13
Jännitteensäätömenetelmien vaikutus häviöihin

• Verkonhäviöt yleensä pienentyvät, kun verkkoon
  liitetään pieni määrä hajautettua tuotantoa
• Kun suuri määrä tuotantoa kytketään verkkoon,
  saattaa tehoa jäädä yli jolloin sitä syötetään
  kantaverkkoon gt häviöt kasvavat

14
Jännitteensäätömenetelmien taloudelliset
näkökohdat

• CBA (Cost Benefit Analysis) analyysiä voidaan
  käyttää arvioitaessa ylittävätkö projektien
  tuomat hyödyt niiden aiheuttamat kustannukset
• Edellä läpikäydyille säätömenetelmille tehtiin
  CBA analyysi, joka otti huomioon pääoma-,
  käyttö-, ylläpito- ja korjauskustannukset
• Tuottopuolelta CBA otti huomioon (kasvaneet)
  sähköenergian myyntitulot, suuruuden ekonomian
  tuomat säästöt ja ympäristöystävällisyyden
  kannustimet
• Menetelmiä voidaan vertailla laskemalla niille
  nykyarvot olettaen sopiva korkokanta ja voimalan
  käyttöikä

15

• Tarkasteltuun verkkoon voidaan liittää 6MW
  tuulipuisto ilmaan mitään säätötoimenpiteitä gt
  käytetään tätä referenssitapauksena, jonka NPV
  1,0 pu.
• Aktiivisten säätömenetelmien käyttö on
  kannattavaa kun niiden NPV gt 1

16
Yhteenveto

• Jännitteennousuefekti on ehkä suurin este
  hajautetun tuotannon määrän kasvamiselle
• Ongelma voidaan ratkaista käyttämällä aktiivista
  verkonhallintaa
• Aktiivisen verkonhallinnan käyttö mahdollistaa
  suuremman hajautetun tuotannon määrän käyttämällä
  olemassa olevaa verkkoa tehokkaammin hyväksi
• Investoinnit primääri verkostokomponenttien
  sijaan sekundäärikomponentteihin mittaukset,
  kommunikaatio ja tietojärjestelmien kehittäminen
• Aktiivinen jännitteensäätö tuotannon ajoittainen
  rajoittaminen, generaattorien tehokertoimien
  muokkaaminen, loistehon kompensointi, aluesäätöön
  perustuva käämikytkimen käyttö yksinään tai
  yhdistettynä jännitteensäätäjiin