Aurinkosähköjärjestelmien verkostovaikutukset pienjänniteverkossa

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää aurinkosähköjärjestelmien vaikutuksia pienjänniteverkon jännitteeseen ja suojaukseen Vaasan Sähköverkko Oy:n alueella. Aurinkosähköjärjestelmät aiheuttavat tehon siirtymistä kahteen suuntaan, kun taas perinteisesti sähköverkossa on siirretty tehoa vain yhteen suuntaan. Paikallisen kulutuksen ollessa tuotantoa pienempää aiheuttaa pätötehon syöttäminen sähköverkon suuntaan ajoittaista jännitteennousua, jonka suuruus riippuu liityntäpisteen sijainnista sähköverkossa. Aurinkosähköjärjestelmät syöttävät myös vikavirtaa ja täten potentiaalisesti vaikuttavat paikallisiin vikavirtoihin jakeluverkossa. Työn tavoitteena oli muodostettua jakeluverkon mallia hyödyntäen selvittää jännitteen käyttäytymistä tehonjaon laskennan avulla.

Aluksi työssä perehdyttiin kirjallisuuden pohjalta sähköjakeluverkkoihin ja aurinkosähköjärjestelmiin. Sähkönjakeluverkkojen osalta keskityttiin niiden rakenteeseen, suojaukseen, jännitteen ominaisuuksiin ja loistehoon. Aurinkosähköjärjestelmien osalta päähuomio oli niiden rakenteessa, sähköverkkoon liittämisessä sekä mahdollisissa haasteissa ja tehonsäätöperiaatteissa. Liityntäpisteen sijainnista sekä jakeluverkon johtotyypistä (resistanssi/reaktanssi –suhde), johdon pituudesta sekä kapasiteetista (ns. verkon heikkoudesta) riippuen aurinkosähköjärjestelmät voivat nostaa paikallisen jännitteen yli sallitun rajan, jos korkean tuotannon aikana kulutus on samanaikaisesti huomattavasti pienempää. Aurinkosähköjärjestelmät voivat aiheuttaa myös suojauksen sokaistumista tai virhelaukaisuja. Tuotannon ollessa pientä suojauksen ongelmien aiheutuminen on vähäistä, mutta tuotannon lisääntyessä haasteita tulee enemmän.

Aurinkosähköjärjestelmien aiheuttamaa jännitteennousua selvitettiin DIgSILENT:n PowerFactory-ohjelmistoon luodulla jakeluverkkoa kuvaavalla verkkomallilla. Laskelmissa otettiin huomioon verkon tyyppi, tuotannon määrä sekä teho ja jännitteennousua tutkittiin normaalissa sekä korvauskytkentätilanteessa. Laskelmissa selvitettiin erilaisten jakeluverkkojen suurimmat mahdolliset tuotantolaitteiden tehot ja tyypillisten tuotantolaitteiden vaikutus jännitteeseen eri tuotannon määrillä. Näissä tilanteissa tarkasteltiin myös Q(U)-säädön vaikutusta. Jännitteen ylärajan lisäksi huomioon otettiin myös jakelumuuntajan ja johtojen kuormitus.

Tuotantolaitteiden suurimmat mahdolliset tehot olivat useissa tapauksissa suuria kulutukseen nähden, jolloin niiden esiintyminen todellisessa verkossa on epätodennäköistä. Tuotantolaitteiden suurimmilla mahdollisilla tehoilla Q(U)-säädöllä saatiin laskettua jännitettä jonkin verran. Tyypillisillä tuotantolaitteilla jännite nousi yli sallitun rajan pitkällä johtolähdöllä sekä korvauskytkentätilanteessa, kun tuotantoa oli suurella osalla liittymistä. Q(U)-säädöllä saatiin laskettua tuotantolaitteiden aiheuttamaa jännitteennousua siten, että jännitteen raja ylittyi enää vain korvauskytkentätilanteessa.