Sähkönjakeluverkon hallinnan arkkitehtuuri Sami Repo
Miksi? Energiansäästö Muut lämmitysmuodot korvautuvat lämpöpumpuilla Nollaenergiarakentaminen (ZEB) Sähköautot Lämmityskuormien ohjaaminen hinnan perusteella 1.7.2015 2
Passiivinen verkko muuttuu aktiiviseksi Passiivinen verkko aina ylimitoitettu Kapasiteetti vajaakäytöllä tehostamistarve Varaudutaan tilanteisiin, jotka ovat erittäin harvinaisia Hajautettu tuotanto määrää jo paikoin verkon mitoituksen Tuotantoa joudutaan paikoin ja ajoittain rajoittamaan, koska verkkoa ei saada vahvistettua riittävän nopeasti, mutta tuotanto on liitettävä määräajassa verkkoon Ohjaamalla hajautettua tuotantoa, kulutusta ja mahdollisesti energiavarastoja saadaan verkon kapasiteetin käyttöastetta kasvatettua
Aktiivinen jakeluverkko Aktiivinen verkko hyödyntää hajautettujen energiaresurssien ohjausta verkon hallinnassa Hajautetut energiaresurssit on integroitava osaksi järjestelmää liittämisen ( fit and forget ) sijaan Etsittävä jakeluyhtiön ja sen asiakkaiden synergiaetuja 4
Aktiiviset resurssit ja aggregointi Hajautetut energiaresurssit Hajautettu tuotanto Kysynnänjousto Varastot Microgrid Jakeluyhtiön resurssit Käämikytkin dstatcom Jakeluautomaatio Hajautettuja energiaresursseja hallinnoi ja ohjaa Kaupallinen aggregaattori (retailer) tekee sopimukset resurssien kanssa ja myy edelleen resurssit markkinoille DSO/TSO vahvistavat toteutuneiden kauppojen teknisen 5 toimivuuden ja tarvittaessa ostavat ohjauspalvelua eri markkinoilta
Hajautettujen energiaresurssien ohjaus jakeluyhtiön näkökulmasta Sääntely Liittymisvaatimukset (edellytykset resurssien ohjaam.) Siirtotariffit (kannustin nettokulutuksen siirtämiseen verkon tehonhuippujen ulkopuolelle) Suora ohjaus Jakeluyhtiön omat resurssit Kahdenvälinen sopimus (esim. DG:n jännitteen säätö) Hätätilanteen säätö (toimenpiteet ennen suojausta) Epäsuora ohjaus Joustopalvelut agregaattorilta (esim. Tuotannon leikkaus ja kulutuksen ohjaus) 6
Aktiivisen verkon hallinta Jakeluautomaatio sisältää Valvomon tietojärjestelmät Asema-automaation Muuntamoautomaation Asiakaan rajapinnan (esim. Älymittari tai HEMS) Jakeluautomaatio toteuttaa Verkon tilan valvonnan Katkaisijoiden ja erottimien ohjauksen IED:den hallinta (uudelleenkonfigurointi) kytkentätilan muutoksissa tai verkonhallinan optimoimiseksi Hajautettujen energiaresurssien suoran ohjauksen Hajautettujen energiaresurssien epäsuora ohjaus toteutetaan aggregaattorin välityksellä 7
Smart Grid Architecture Model 1. Business framework 2. Functions to be implemented 3. Data models in main automation standards (data exchange) 4. Communication protocols 5. Hardware and software components to take part to the automation system Smart Grid Coordination Group, CEN-CENELEC-ETSI, Tech. Rep., 2012 8
Hallinnan hierarkia 1. Protection 2. Automatic control (primary control) 3. Area control (secondary and tertiary control)
Esimerkki hajautetusta automaatiosta
Aggregator s control centre DSO s control centre Aggregator Tertiary controller Distribution automation IEC 60870-5-104 IEC61850 MMS HEMS / Microgrid Tertiary controller of energy management Secondary controller of energy management Secondary controller (LV) IEC 61850 MMS Secondary controller (MV) IEC 61850 MMS Primary controller of energy management IED (DERs with direct control IED (DSO s units) IED (DERs with direct control) IED (RTU / smart meter / PMU / etc.) Active power Reactive power Power system DERs (DR, DG, storage) Tap changer / dstatcom DERs (DR, DG, storage) CT / VT
Pienjänniteverkon hallinta osana muuntamoautomaatiota SCADA DMS NIS CIS Enterprise Service Bus SAU AMR HUB Aggregator Integration of systems Standard protocols Open infrastructure Autonomous RTU MDC Switch Switch Smart meter Smart meter Smart meter HEMS HEMS
Keskitetty, hajautettu vai verkkomainen hallinta Keskitetty Hajautettu Verkko 13
IDE4L project, www.ide4l.eu INTEGRIS project, www.fp7integris.eu ADINE project, http://webhotel2.tut.fi/units/set/adine/ KIITOS 14