Simulointityökalu saarekekäytön säädön kehityksen tueksi

Abstract

Nykyaikainen tehoelektroniikka ja siihen liittyvä ohjaustekniikka mahdollistaa tehoelektroniikan monipuolisen hyödyntämisen sähköverkoissa. Vaihtosuuntaajien avulla on mahdollista tuottaa tasajännitelähteestä vaihtojännite pieniin sähköverkon osiin, jotka on eristetty muusta verkosta, eli saarekkeisiin. Sopivia tasajännitelähteitä ovat esimerkiksi hajautettu energiantuotanto ja energiavarastot. Sähkön toimitusvarmuus paranee, kun verkossa on enemmän laitteita, jotka pystyvät tuottamaan laadukkaan vaihtojännitteen sähköverkkoon hallitusti.

Tässä työssä esitellään ja arvioidaan saarekekäyttökonseptia, joka perustuu valmiiseen vaihtosuuntaajalaitteistoon. Työn alussa esitellään saarekekäytön vaatimuksia, minkä jälkeen käydään läpi suuntaajan laitteisto. Lisäksi tutkitaan kirjallisuudessa esitettyjä säätömenetelmiä saarekekäytöille.

Saarekekäyttöön tutustumisen jälkeen toteutetaan simulointityökalu, joka sopii saarekekäytön säätökehityksen tueksi ja saarekekäytön toiminnan suuntaa-antavaan tutkimiseen ja esittelyyn. Simulointityökalun toiminnallisuus verifioidaan vastaavalla prototyyppilaitteella suoritettujen mittausten avulla.

Modern power electronics and control technology allow versatile utilization of power electronics in electrical networks. Using power electronic inverters, it is possible to produce an AC voltage from a DC voltage source to small isolated parts of networks called islands. Suitable DC sources include distributed energy production and energy storage. Reliability of electricity distribution is improved if more devices capable of producing a good quality AC-voltage controllably are added to electrical networks.

In this thesis, a concept for an island mode inverter based on existing inverter hardware is presented and evaluated. Requirements for an island mode and the hardware of the inverter are explained at the beginning of the thesis. Control methods of an island mode inverter found in the literature are also discussed.

After familiarizing ourselves with the island mode, a simulation tool to support control design and indicative testing and demonstration of the island mode inverter is implemented. Functionality of the simulation tool is verified using measurements from an equivalent prototype device.