Geographical Perspectives on the Development of Power Distribution Systems in Sparsely Populated Areas

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Lehtonen, Matti, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering, Finland
dc.contributor.author Saarijärvi, Eero
dc.date.accessioned 2014-01-11T10:00:08Z
dc.date.available 2014-01-11T10:00:08Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5505-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5504-6 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/12065
dc.description.abstract It has been proposed that the present power distribution overhead lines should be replaced by underground cables, to address the concerns related to major disturbances caused by snow loads and storms. However, in an objective comparison of different network development strategies, the special characteristics of each of the line types and the terrain must be considered when determining optimal network topologies. In sparsely populated areas the need for cost-effective solutions tailored to best fit the specific terrain and operational environment is emphasized. In this thesis, a method capable of providing a network topology planning algorithm with line type specific characteristics of the operational environment, including an accurate dynamic topographic model involving variable costs, was developed. The work included case studies, the initial data of which was provided by Finnish network utilities from a variety of environments. Applying the developed methodology using a terrain model, also a contribution of this thesis, to the case studies provided general perspectives on the factors affecting the network topologies and the relative merits of different development strategies. The results were compared with the literature, which enabled further assessment of the validity of the methodology and parameterization used in this thesis. The results of the case studies showed that the optimal penetration of sectionalization is greatly affected by the load density. However, the quantity, quality and valuation of the interruptions affect the basic level of the penetration. Then again, optimally placing reserve connections was found to be a much more complex task, being partly affected by not only the geographical distribution of the loads but also by the characteristics of the terrain. While comparing fully backed-up against cost-optimally backed-up network topologies, the potential for utilizing lightweight structures was observed to have a considerable impact. Further, the characteristics of the terrain were found to affect not only cabled networks, but also the topologies of cost-optimal overhead line networks. The developed method for finding the cost-optimal network topology by using an accurate geographic model of the operational environment in terms of life cycle cost surfaces was found to be an efficient means for comparing different circumstances and network topologies and their mutual interactions. A close connection between the network data available in network information systems and the various geographic information sources was also recognized. Further, the means to effectively utilize this connection in the different processes of network planning and operation is presented. en
dc.description.abstract Nykyisiä pääosin avojohtorakenteisiin perustuvia sähköjakeluverkkoja on ehdotettu korvattavaksi maakaapeleilla, jolloin erityisesti myrskyjen ja lumikuormien aiheuttamista suurhäiriöistä voitaisiin pitkälti päästä eroon. Kuitenkin, erilaisten vaihtoehtoisten kehittämisstrategioiden objektiivisessa vertailussa tulee huomioida myös kuhunkin johtorakenteeseen liittyvät erityispiirteet suhteessa kullekin optimaaliseen verkkotopologiaan ja maastollisiin olosuhteisiin. Haja-asutusalueilla kustannustehokkaiden kulloisiinkin maastollisiin erityisolosuhteisiin kohdennettujen ratkaisujen merkitys on erityisen suuri, johtuen heikosta asiakaspohjasta. Työssä kehitettiin menetelmä, jossa eri johtolajien toimintaympäristön mukaan määräytyvät erityispiirteet voitiin mallintaa verkkotopologian suunnittelualgoritmille huomioiden alueen tarkka topografia dynaamisesti muuttuvat kustannukset mukaan lukien. Työhön sisältyi case-tutkimus, jonka lähtöaineisto muodostui todellisista suomalaisista jakeluverkoista ja vaihtelevista olosuhteista. Edellä mainittua menetelmää ja niin ikään työssä rakennettua maastomallia ja siihen liittyvää parametrisointia käyttäen pystyttiin havainnoimaan erilaisia verkkojen topologiaan ja keskinäiseen paremmuuteen vaikuttavia tekijöitä yleisellä tasolla. Tuloksia verrattiin aikaisemmin kirjallisuudessa esitettyyn tietoon ja tämän pohjalta pystyttiin osaltaan arvioimaan kehitetyn menetelmän ja käytetyn parametrisoinnin kelpoisuutta. Case-tutkimuksen tuloksista havaittiin muun muassa, että erotinten ja maastokatkaisijoiden optimaalinen penetraatio verkossa määräytyy pitkälti kuormitustiheyden mukaan, mutta toisaalta keskeytysten määrä, laatu ja arvostus suoraan vaikuttavat tämän lähtötasoon. Sen sijaan varayhteyksien rakentamisen havaittiin olevan huomattavasti kompleksisempi asia, johon liittyy kuormien alueellisen jakautumisen lisäksi maastollisia näkökohtia. Vertaamalla täysin varasyötettyjä verkkoja optimaalisesti varasyötettyihin verkkoihin havaittiin merkittäviä eroja eri verkkoalueissa suhteessa potentiaaliin käyttää kevyitä johtorakenteita. Edelleen, maastollisten olosuhteiden havaittiin vaikuttavan, ei pelkästään kaapeloituihin, vaan osaltaan myös avojohtorakentein toteutettuihin kustannusoptimaalisiin verkkoihin. Kehitetty menetelmä kustannustehokkaimman verkkotopologian määrittämiseksi tarkkaa maastomallia ja näistä muodostettuja elinkaari-kustannuspintoja käyttäen osoittautui tehokkaaksi tavaksi vertailla eri olosuhteita ja verkkorakenteita ja näiden keskinäisiä vuorovaikutuksia. Työssä tunnistettiin myös tiivis yhteys verkkotietojärjestelmien sisältämän verkkodatan ja eri paikkatietoaineistojen välillä. Edelleen työssä esitettiin tapoja erilaisten paikkatietojen hyödyntämiseksi verkkosuunnittelun ja käytön eri prosesseissa. fi
dc.format.extent 209
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 215/2013
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Geographical Perspectives on the Development of Power Distribution Systems in Sparsely Populated Areas en
dc.title Geografisia näkökohtia haja-asutusalueiden sähkönjakeluverkkojen kehittämiseen fi
dc.type G4 Monografiaväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Sähkötekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Electrical Engineering en
dc.subject.keyword cost surface en
dc.subject.keyword distribution network en
dc.subject.keyword geographic information en
dc.subject.keyword life cycle cost en
dc.subject.keyword medium voltage en
dc.subject.keyword network topology en
dc.subject.keyword sparsely populated area en
dc.subject.keyword topography en
dc.subject.keyword elinkaarikustannus fi
dc.subject.keyword haja-asutusalue fi
dc.subject.keyword jakeluverkko fi
dc.subject.keyword keskijännite fi
dc.subject.keyword kustannuspinta fi
dc.subject.keyword paikkatieto fi
dc.subject.keyword topografia fi
dc.subject.keyword verkkotopologia fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5505-3
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (monograph) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (monografia) fi
dc.contributor.supervisor Lehtonen, Matti, Prof., Aalto University, Department of Electrical Engineering, Finland
dc.opn Kauhaniemi, Kimmo, University of Vaasa, Finland
dc.opn Schegner, Peter, TU Dresden, Germany
dc.date.dateaccepted 2013-11-11
dc.rev Schegner, Peter, TU Dresden, Germany
dc.rev Toman, Petr, Brno University of Technology, Czech Republic
dc.date.defence 2014-01-17


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse