Sähkönjakeluverkon hallinnan
arkkitehtuuri
Sami Repo
Miksi?
• Energiansäästö
– Muut lämmitysmuodot korvautuvat lämpöpumpuilla
– Nollaenergiarakentaminen (ZEB)
• Sähköautot
• Lämmityskuormien ohjaaminen hinnan perusteella
1.7.2015
2
Passiivinen verkko muuttuu
aktiiviseksi
• Passiivinen verkko aina ylimitoitettu
– Kapasiteetti vajaakäytöllä  tehostamistarve
– Varaudutaan tilanteisiin, jotka ovat erittäin harvinaisia
• Hajautettu tuotanto määrää jo paikoin verkon
mitoituksen
– Tuotantoa joudutaan paikoin ja ajoittain rajoittamaan,
koska verkkoa ei saada vahvistettua riittävän nopeasti,
mutta tuotanto on liitettävä määräajassa verkkoon
• Ohjaamalla hajautettua tuotantoa, kulutusta ja
mahdollisesti energiavarastoja saadaan verkon
kapasiteetin käyttöastetta kasvatettua
Aktiivinen jakeluverkko
• Aktiivinen verkko hyödyntää hajautettujen
energiaresurssien ohjausta verkon hallinnassa
• Hajautetut energiaresurssit on integroitava osaksi
järjestelmää liittämisen (“fit and forget”) sijaan
• Etsittävä jakeluyhtiön ja sen asiakkaiden synergiaetuja
4
Aktiiviset resurssit ja aggregointi
• Hajautetut energiaresurssit
–
–
–
–
Hajautettu tuotanto
Kysynnänjousto
Varastot
Microgrid
• Jakeluyhtiön resurssit
– Käämikytkin
– dSTATCOM
– Jakeluautomaatio
• Hajautettuja energiaresursseja hallinnoi ja ohjaa
– Kaupallinen aggregaattori (retailer) tekee sopimukset resurssien
kanssa ja myy edelleen resurssit markkinoille
– DSO/TSO vahvistavat toteutuneiden kauppojen teknisen
5
toimivuuden ja tarvittaessa ostavat ohjauspalvelua eri markkinoilta
Hajautettujen energiaresurssien
ohjaus jakeluyhtiön näkökulmasta
• Sääntely
– Liittymisvaatimukset (edellytykset resurssien ohjaam.)
– Siirtotariffit (kannustin nettokulutuksen siirtämiseen
verkon tehonhuippujen ulkopuolelle)
• Suora ohjaus
– Jakeluyhtiön omat resurssit
– Kahdenvälinen sopimus (esim. DG:n jännitteen säätö)
– Hätätilanteen säätö (toimenpiteet ennen suojausta)
• Epäsuora ohjaus
– Joustopalvelut agregaattorilta (esim. Tuotannon
leikkaus ja kulutuksen ohjaus)
6
Aktiivisen verkon hallinta
• Jakeluautomaatio sisältää
– Valvomon tietojärjestelmät
– Asema-automaation
– Muuntamoautomaation
– Asiakaan rajapinnan (esim. Älymittari tai HEMS)
• Jakeluautomaatio toteuttaa
– Verkon tilan valvonnan
– Katkaisijoiden ja erottimien ohjauksen
– IED:den hallinta (uudelleenkonfigurointi) kytkentätilan
muutoksissa tai verkonhallinan optimoimiseksi
– Hajautettujen energiaresurssien suoran ohjauksen
• Hajautettujen energiaresurssien epäsuora ohjaus
7
toteutetaan aggregaattorin välityksellä
Smart Grid Architecture Model
1. Business framework
2. Functions to be implemented
3. Data models in main automation
standards (data exchange)
4. Communication protocols
5. Hardware and software
components to take part to the
automation system
Smart Grid Coordination Group, CEN-CENELEC-ETSI, Tech. Rep., 2012
8
Hallinnan hierarkia
1. Protection
2. Automatic control
(primary control)
3. Area control
(secondary and
tertiary control)
Esimerkki hajautetusta
automaatiosta
DSO’s control centre
Aggregator’s control centre
Aggregator
Tertiary controller
Distribution automation
HEMS / Microgrid
Tertiary
controller of
energy
management
Secondary
controller of
energy
management
Primary
controller of
energy
management
Active power
IEC 60870-5-104
IEC61850 MMS
Secondary
controller
(MV)
Secondary
controller
(LV)
IEC 61850 MMS
IEC 61850 MMS
IED
(DERs with
direct control
IED
(DSO’s units)
IED
(DERs with
direct control)
IED
(RTU / smart
meter /
PMU / etc.)
DERs
(DR, DG,
storage)
CT / VT
Reactive power
Power system
DERs
(DR, DG,
storage)
Tap changer /
dSTATCOM
Pienjänniteverkon hallinta
osana muuntamoautomaatiota
SCADA
DMS
NIS
CIS
AMR HUB
Enterprise Service Bus
Aggregator
SAU
RTU
Integration of systems
Standard protocols
Open infrastructure
Autonomous
MDC
Switch
Smart meter
HEMS
Switch
Smart meter
Smart meter
HEMS
Keskitetty, hajautettu vai
verkkomainen hallinta
Keskitetty
Hajautettu
Verkko
13
IDE4L project, www.ide4l.eu
INTEGRIS project, www.fp7integris.eu
ADINE project, http://webhotel2.tut.fi/units/set/adine/
KIITOS
14