Kantaverkon loistehon seurantatyökalu

Abstract

Kantaverkon jännitteet ovat olleet viime vuosina nousussa kevyiden siirtotilanteiden aikaan kesäisin. Syyksi tähän on tunnistettu kantaverkon ulkopuolelta jakeluverkoista tuleva kapasitiivinen loisteho, joka aiheutuu muun muassa jakeluverkkojen maakaapeloinnista. Kantaverkossa merkittävin osa kapasitiivisesta loistehosta aiheutuu 400 kV voimajohdoista. Tämä loisteho on suunniteltu kompensoitavaksi sähköasemien päämuuntajiin liitetyillä rinnakkaisreaktoreilla. Kantaverkkoa ei ole suunniteltu kompensoimaan sen ulkopuolelta tulevaa loistehoa. Jakeluverkoista tulevan loistehon kompensointi varaa kantaverkon tarpeisiin suunniteltua kompensointikapasiteettia, joten liian pieneksi jäänyt loistehon kompensointikapasiteetti on aiheuttanut jännitteiden nousua. Kantaverkon loistehon seurantaan ei ole ollut riittäviä työkaluja, joten sellainen piti kehittää.

Opinnäytetyössä kantaverkko jaettiin 11 tarkasteltavaan alueeseen, joiden loistehotasapainot selvitettiin kantaverkon mittauksia sekä asiakkaiden liittymispisteiden energiamittareita hyödyntäen. Asiakasverkkojen energiamittareiden avulla selvitettiin alueelliset loistehotrendit, joiden avulla pystytään seuraamaan asiakasverkoista kantaverkkoon tulevaa loistehoa. Kantaverkon omista mittaustiedoista tehtiin ryhmiä, joiden avulla saatiin selville aluekohtaisesti 400 kV ja 220 kV voimajohtojen loistehotase, 110 kV verkosta tuleva loisteho, reaktoreiden loisteho, muuntajien loistehohäviöt sekä 400 kV verkossa olevien voimalaitosten, tasasähkölinkkien sekä SVC-laitoksen loistehon kompensointi.

Työssä huomattiin, että alueelliset loistehotasapainot vaihtelevat suuresti. Etelä-, Lounais- ja Länsi-Suomessa kantaverkon loistehotase ja asiakkaiden verkoista tuleva loisteho on suurempaa, kuin alueella oleva kantaverkon kapasitiivisen loistehon kompensointiin tarkoitettujen reaktoreiden kompensointikapasiteetti. Tästä johtuen loistehoa kompensoidaan kevyiden siirtotilanteiden aikaan paljon myös voimalaitoksilla, tasasähkölinkeillä sekä SVC-laitoksella. Koska kaikkea loistehoa ei pystytä kompensoimaan alueella, loistehoa siirtyy kompensoitavaksi myös muihin kantaverkon osiin, mikä aiheuttaa myös häviöitä.

Tulosten perusteella Fingridin kantaverkkokeskukselle kehitettiin uusi työkalu, jonka avulla operaattorit saavat havainnollistavan kuvan kantaverkon muuttuvista loistehotilanteista. Muuttuviin tilanteisiin voidaan reagoida entistä paremmin, koska tarvittavat tiedot ovat helposti hyödynnettävissä.

The voltage of the Finnish main grid has been rising during the recent years in light transmission situations. The reason for this is the capacitive reactive power coming to main grid from the distribution grids. 400 kV power lines are the most significant source of the capacitive reactive power in the main grid. This reactive power is compensated by the shunt reactors, which are connected on transformer's tertiary winding. The compensation system of main grid is not designed to compensate the reactive power coming outside the main grid. That is why the compensation capacity has momentarily reached its maximum capacity causing consequently higher voltages in the main grid. Until now, there has not been a way to monitor the flow of the reactive power in the main grid.

In this thesis, the Finnish main grid was divided into 11 areas. Each area's reactive power balance was monitored using measurements from Fingrid's substations and from the energy meters that are located in the customer's connection points to the main grid. Using the meters it is now possible to monitor the reactive power coming from the distribution grids on each area. It is now also possible to monitor each area's reactive power of the power lines, reactive power coming from the 110 kV grid, reactive power of the shunt reactors and reactive power losses of the transformers. The compensation of 400 kV connected power plants, HVDC-links and SVC-device is now also monitored in each area.

It was found out that there were significant variations in reactive power balances between areas. The largest sources of capacitive reactive power coming from the main grid and distribution grids are in south, southwest and western parts of the Finnish power system. In these areas, there are not enough shunt reactors to compensate the reactive power. That is why power plants, HVDC-links and SVC-device are compensating the reactive power during light transmission situations. Even that does not help at all situations, so sometimes the excessive reactive power flows to different areas causing losses.

A tool to monitor main grid's reactive power flow was developed based on the results of the monitoring. With the new tool, the operators can get a realtime visualized view of the reactive power situation of each area. Using the tool it is now easier to react to different situations, because all the information is easily available.