Kohti uusia tekniikoita vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa ST-POOLIN TUTKIMUSSEMINAARI 4.2.2016 Kimmo Kauhaniemi, Vaasan yliopisto
Sisältö Hankkeen yleisesittely Ensimmäisiä alustavia tuloksia Vuoden 2016 suunnitelmista
: Uudet tekniikat sähköverkon vikatilanteiden ja hajautetun tuotannon hallinnassa Toteutus Vaasan yliopiston ja Lappeenrannan teknillisen yliopiston yhteistyönä Päärahoittajana Tekes INKA Innovatiiviset kaupungit ohjelma Kestävät energiaratkaisut INKA (Vaasa, Lappeenranta, Pori) Kestävää kasvua ja työtä 2014 2020 Suomen rakennerahastoohjelma, Uuden tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen (EAKR) Yritysrahoittajat: Sähkötutkimuspooli, Elenia, Helen Sähköverkko, ABB, Arcteq, Vamp, Vaspec, Tekla, Emtele, Maviko Projektin kesto: 1.3.2015 28.2.2017
Aihealueet Verkkosignaalit Loss-of-Mains Vianpaikannus IEC 61850 DG:n hallinta (PV) Valokaarisuojaus
Tutkimuksen ja demonstraatioiden kohteena Saarekekäytön estosuojauksen menetelmät (LoM) jatkuvuussignaali IEC 61850 standardin hyödyntäminen LoM-suojaus pientuotannon hallinta valokaarisuojaus Vianpaikannuksen menetelmät G 20 kv 110 kv G
Työpaketit Työpaketti 1: Uudet menetelmät ja toiminnot (VY) Työpaketti 2: Sähköverkkopohjainen tietoliikenne (LUT) Työpaketti 3: Demonstraatiot (VY, LUT)
Työpaketti 1 (VY) Käytössä olevien LoM-menetelmien kartoitus ja suorituskyvyn vertailu Selvityksen tavoitteena oli tehdä katsaus viimeisimpiin LoM-menetelmiin arvioida niiden suorituskykyä arvioida niiden soveltuvuutta laajempaan käyttöön Painopisteenä jatkuvuussignaalin hyödyntämiseen perustuvat menetelmät Erityisesti ne, joilla on tehty kenttäkokeita Jukka Rinta-Luoma: Saarekekäytön estosuojausmenetelmät, seminaarityö, 2.9.2015
Johtopäätöksiä (LoM-menetelmät) Hajautetun tuotannon lisääntyessä yleispätevälle LoMsuojaukselle on kasvava tarve Yhtä tekniikkaa ylitse muiden ei ole vielä löytynyt Menetelmä Kehittynyt passiivinen menetelmä PLC-tekniikkaan perustuva menetelmä Erilliseen tietoliikenneyhteyteen perustuva menetelmä Kehitystarpeet Algoritmien toimintavarmuuden varmistaminen eri tilanteissa kenttäkokeiden avulla Laajamittaiseen käyttöön soveltuvan lähetystaajuuden ja -tekniikan löytäminen Tietoliikennestandardien ja -yhteyksien kehittyminen
Kirjallisuusselvitys uusimmista maasulun paikannuksen tekniikoista Paikannusmenetelmät impedanssimenetelmät: reaktanssi- ja admittanssimenetelmä transientteihin perustuvat menetelmät: kulkuaaltomenetelmät injektiomenetelmät Esimerkkejä tuotteistetuista ratkaisuista ABB REF615 ja REF630: Reaktanssimenetelmä DNV GL Smart Cable Guard: Kulkuaaltomenetelmä A-Eberle EorSYS: Pulssi-injektio Eltel Network Fault Locator: Kulkuaaltomenetelmä Trench EPSY: Admittanssimenetelmä Schneider Electric VAMP Wimo 6CP10: Cabletroll 2000 maasulkusensori Ilmari Mäntysalo: Maasulun paikannustekniikat katsaus menetelmiin ja käytännön ratkaisuihin, kandidaatintutkielma, 4.1.2016
Johtopäätöksiä (vianpaikannus) Jotkut verkkoyhtiöt ovat jo ottamassa käyttöön selvityksessä esiin tulleita toteutuksia Kaikissa vikatilanteissa toimivaa ratkaisua ei ole vielä kehitetty Tietoliikenteen lisääntyminen avaa uusia mahdollisuuksia
IEC 61850 soveltaminen IEC 61850-7-420:2009, Communication networks and systems for power utility automation - Part 7-420: Basic communication structure - Distributed energy resources logical node
Uusia mahdollisuuksia LoM suojaus Uusien siirtomedioiden hyödyntäminen Älykkyyden lisääminen (useita mittaustietoja) Yhteyksien kunnonvalvonta lisää myös toimintavarmuutta Varasuojana paikalliset suojat Pientuotanto Adaptiivinen suojaus Verkon itsekorjautuvuus Pätö- ja loistehon säätö Verkon tukeminen jännitekuoppien aikana (LVRT)
Johtopäätöksiä (IEC 61850) Laajempi yleistyminen pientuotannon yhteydessä vaatii vielä muutoksia ja tarkennuksia regulaatioon Lisäpalveluihin liittyvien vaatimusten ja korvausten määrittely Tekninen kehitystyö ja demonstraatiot tarpeen Vaaditaanko kuituyhteys vai riittääkö langaton yhteys Eri sovelluksilla erilaisia nopeus ja luotettavuusvaatimuksia Tietoturvan varmistaminen
Työpaketti 2 (LUT) Kattava kirjallisuusselvitys tutkituista olemassa olevista LoM-suojausmenetelmistä Passiiviset, aktiiviset, tiedonsiirtopohjaiset Fokus tiedonsiirtopohjaisissa LoM-suojausmenetelmissä Verkkoon syötettävä kantoaaltosignaali Power line carrier - sähköverkkotiedonsiirto Ohjelmistoradiot Väline: Kommunikointilinkin tutkimus & toteutus Skaalautuva & ohjelmallisesti muokattava
LoM-konseptin määritys Muuntaja(t) Sähköaseman ja asiakkaan välillä Läpäisy / ohitus / signaalin toistaminen Vaikuttaa signalointitaajuuteen 20/0.4 kv Dyn11 muuntaja laboratoriossa Mittaukset Muuntajamalli kehitetty» Kohti kanavan mallinnusta Vaimennusmittaukset Signalointi muuntajan läpi Testit (ohjelmistoradioilla) LoM-signaali Sähköasema 110/20 KV Muuntamo 20/0.4 kv Pienjänniteverkko (AC/LVDC) Asiakas? jatkuvuussignaalin syöttö detektointi, toistaminen detektointi AMR PV EV HA CEI Vianpaikannussignaali
Taajuuskaistat ja lähetystehot Kirjallisuuskatsaus Sähköverkkotiedonsiirtolaitteistolle Standardit CENELEC, FCC
Tuloksia Päätuloksina kaksi hyväksyttyä konferenssipaperia A. Poluektov et al. Designing a Power-Line-Communication-Based LoM Protection Concept with Application of Software-Defined Radios A. Pinomaa Analysis of Channel Characteristics and Modeling of Transformer for PLC-Based Loss-of-Mains Concept
Johtopäätöksiä (verkkosignaali) LoM-suojauksen toteuttaminen sähköverkkotiedonsiirrolla avaa paljon uusia mahdollisuuksia Datan sisällyttäminen jatkuvuussignaaliin Sensoridata, älyverkkotoiminnallisuuksia Ohjelmistoradiot joustava alusta tutkimuksessa Keskeinen lopullisten ratkaisujen määrityksissä Tekninen kehitystyö ja demonstraatiot tarpeen Suorituskyvyn testit oikeassa ympäristössä Konseptin määritys & verifiointi Lähettimen sijainti sähköasemalla/keskijänniteverkossa Signaloinnin kantama asiakkailla oleville vastaanottimille
Vuoden 2016 suunnitelmia (VY) Vianpaikannukset kehittäminen ja kenttäkokeet Sensorimittauksiin perustuvan erityyppisiin keskijänniteverkkoihin soveltuvan paikannusalgoritmin kehitys simulointien avulla Vikatilanteiden vaikutus verkkoon syötettävässä signaalissa ja sen hyödyntäminen vian paikannuksessa Katkeilevan maasulun paikannus IEC 61850 -pohjaisten ratkaisujen demonstrointi LoM-suojaus Pientuotannon ohjaus ja säätö Valokaarisuojaus
Vuoden 2016 suunnitelmia (LUT) Jatkuvuussignaalin modulointi Ohjelmistoradiot välineenä käytännön toteutuksen tutkimuksessa Modernit tiedonsiirtotekniikat: monikantoaaltotekniikka ja hajaspektritekniikka Datan sisällyttäminen jatkuvuussignaalin sekaan Vikatilanteiden vaikutus verkkoon syötettävässä signaalissa ja sen hyödyntäminen vian paikannuksessa Lähetintekniikan ja vastaanotintekniikan konseptit Mittauksia laboratoriossa ohjelmistoradioiden välillä Kanavan simulointien kautta kohti käytännön testejä
Kiitos!