Katsaus verkkoa luoviin suuntaajiin ja niiden markkinatilanteeseen

Abstract

Fossiilisiin polttoaineisiin pohjautuva sähköntuotanto vähenee ja sitä korvataan sääriippuvalla tuotannolla, kuten aurinko- ja tuulivoimalla. Sääriippuva tuotanto liitetään verkkoon suuntaajien kautta. Toisin kuin perinteiset suuret tahti-generaattorit, suuntaajat eivät normaalisti tue verkon jännitettä tai taajuutta. Ratkaisuna tähän ongelmaan voisi olla verkkoa luovat suuntaajat, joiden säätöalgoritmit on rakennettu siten, että ne toisivat sähköverkkoon jännite- ja taajuustukea sekä mahdollisesti synteettistä inertiaa.

Opinnäytetyö tehtiin Tampereen ammattikorkeakoulun mikroverkkoprojektin tarpeisiin. Työssä otettiin yhteyttä yrityksiin ja kartoitettiin verkkoa luovien suuntaajien markkinatilannetta. Markkinakartoituksen tavoitteena oli löytää Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorion tarpeisiin sopiva verkkoa luova suuntaaja. Kartoituksessa keskityttiin sen vuoksi 10–100 kW teholuokan laitteisiin. Kartoituksen tuloksena saatiin selville, että kyseisen teholuokan laitteita ei ole tällä hetkellä markkinoilla. Työssä kasattiin lista yrityksistä, jotka myyvät verkkoa luovia suuntaajia sekä pohdittiin, mistä verkkoa luovan suuntaajan toteutus kannattaisi aloittaa.

Opinnäytetyössä esitetään myös kattavasti verkkoa luovien suuntaajien teoriaa. Työssä selvitetään, mitä verkkoa luovat suuntaajat ovat ja mihin niitä tarvitaan. Työn teoriaosuutta varten on käytetty monipuolisesti ajankohtaista tutkimuskirjallisuutta, joka on pyritty esittämään mahdollisimman helppotajuisesti.

Fossil fuel-based electricity generation is being reduced and replaced by weather-dependent generation, such as photovoltaic generation and wind power. Weather-dependent production is connected to the grid via converters. Unlike traditional large-scale synchronous generators, the converters do not support the voltage or frequency of the power grid. One solution to this problem could be grid forming inverters. Their control algorithms are built in a way that support grid’s voltage and frequency. They could also produce synthetic inertia to the grid.

The thesis was made for the needs of the future microgrid project of Tampere University of Applied Sciences. In the work, companies were contacted and knowledge of market situation of grid forming converters was acquired. The aim of the market survey was to find a grid forming converter suitable for the needs of the Tampere University of Applied Sciences' electricity laboratory. The survey therefore focused on devices in the power range of 10-100 kW. As a result of the survey, it was found that there are currently no devices in this power class on the market. A list of companies that sell grid forming converters was created. In the end, the work considers where to start implementing a grid forming converter.

In the thesis theory of grid forming inverters is presented comprehensively. What grid forming converters are and what they are needed for is explored as well. A variety of topical research literature has been used for the theoretical part of the work, and efforts to present it as easily as possible were made.