Älykkään sähköverkon ratkaisut pienjänniteverkossa

Abstract

Opinnäytetyön tavoite oli selvittää pienjänniteverkon kehitystä ohjaavia tekijöitä ja niiden myötä kehittyneitä sähköverkon älykkäitä ratkaisuja. Verkon älykkyys perustuu kehittyneen mittausinfrastruktuurin (AMI, Advanced Metering Infrastructure) kokonaisuuteen: etäluettavat mittalaitteet, tietoliikenne ja mittaustiedon hallinta. Opinnäytetyön pääpaino on sekä etäluettavien mittalaitteiden toimintojen ja mittaustietojen hyödyntämisessä että pienjänniteverkon hallinnassa. Etäluettavien mittalaitteiden mittaustiedot ja toiminnot ovat kokonaisuudessaan avaintekijöitä uusien sähköverkossa hyödynnettävien älykkäiden ratkaisujen toteuttamiseen. Opinnäytetyön tavoitteena oli kuvata näitä palveluita ja toimintoja.

Opinnäytetyössä kuvataan ensin sähköverkon rakennetta kokonaisuudessaan. Pienjänniteverkossa esiintyviä sähkön laatuhäiriöitä on käsitelty, jotta opinnäytetyön myöhemmässä vaiheessa sähkön laatuvirheet voitaisiin rinnastaa etäluettavien mittalaitteiden mahdollistamaan pienjänniteverkon hallintaan. Pienjänniteverkon hallintaa on selvitetty, koska se on tärkeä osa verkon toimintavarmuuden takaamista. Älykäs sähköverkko -käsitettä ja sen kehitystä ajavia tekijöitä tutkitaan. Älykkään sähköverkon ratkaisuja ja palveluita kuvataan laajemman käsityksen saamiseksi. Lähteinä käytettiin englanninkielistä kirjallisuutta. Lisäksi lähteinä hyödynnettiin erilaisia energia-alan verkkosivuja, dokumentteja ja tutkimuksia.

Sähköverkko joutuu tulevaisuudessa vastaamaan ympäristön haasteisiin ja lainsäädännön asettamaan sähköverkon toimintavarmuuden edistämiseen. Haasteisiin pystytään vastaamaan kehittämällä sähköverkon älykkäitä ratkaisuja ja ominaisuuksia. Keskijänniteverkon hallinnalla haasteisiin on voitu tarttua jo aiemmin, mutta pienjänniteverkon osalta tietoa ei ole ollut saatavilla ennen etäluentaa. Pienjänniteverkosta halutaan tarkempaa mittaustietoa, jotta sen nykytilaa ja kehitystä voitaisiin monitoroida. Kun pienjänniteverkon hallintaominaisuudet toimivat, sähköverkosta tulee kiinnostavampi markkinapaikka sähkönmyyjien näkökulmasta. Sähkönmyyjät voivat hyödyntää esimerkiksi dynaamisen kuormanohjauksen mahdollisuuksia sähkönmyynnin liiketoiminnassa. Pienjänniteverkon hallinta tehostaa verkkoyhtiön toimintoja ja auttaa verkon kuntotiedoilla kehittämään sähköverkon toimintavarmuutta. Pienjänniteverkon hallintaa halutaan laajentaa, jotta hajautettu uusiutuvien energialähteiden tuotanto saadaan integroitua osaksi sähköverkkoa.

The objective of this thesis was to research the factors that control the development of the low voltage (LV) network and the smart solutions that are developed by them. The intelligence of the smart grid is mostly based on the advanced metering infrastructure (AMI) as a whole: remote meters, communication and meter data management (MDM). The focus of this thesis is on utilizing both the remote meters' functions and metering data, as well as on the management of the LV network. The data and functions of these remote meters are key factors to implementing new smart solutions to the network. This thesis aimed to describe these various services and functions.

The thesis models a power network structure first. The power quality problems occurring in the LV network are explained so they can be included in the LV network operation enabled by the remote meters. The concept of "smart grid" is deconstructed and the importance of its development is researched. LV network operation is also researched as it plays an important role in ensuring the network's reliability. Smart grid solutions and services are described to provide deeper insight into the subject. The source material for this thesis consists of professional literature, web pages, documents and previous research on the subject.

In the future, power networks have to meet both environmental challenges and the challenges legislation sets on their reliability. The development of intelligent solutions and features of these networks address the issues. Medium voltage network operation has already been able to tackle some of the challenges, but LV network information has not been available before remote reading. Operable metering data from the LV network that is more accurate is necessary in order to monitor the current state and development of the network. When the LV network operates desirably, the power network market draws the interest of power suppliers. For example, they can utilize the possibilities of dynamic load control in power supply marketing. Operating the LV network also improves the company's ability to operate in different fields. Information on the network's condition helps to improve its reliability. The LV network operation should be expanded in the future in order to integrate distributed renewable energy sources into the power network.