Tietokantaratkaisuehdotus pientasajännitesähköverkoston mittausdatavarastoksi

Lappeenrannan teknillinen yliopisto tutkii pientasajännitesähkön käyttöä. Yliopisto on rakennuttanut Järvi-Suomen Energia Oy:n ja Suur-Savon Sähkö Oy:n kanssa yhteistyössä kokeellisen pientasajännitesähköverkon, jolla pystytään tarjoamaan kenttäolosuhteet pienjännitetutkimukselle todellisilla asiakkailla ja todentaa LVDC-teknologiaa ja muita älykkään sähköverkon toimintoja kenttäolosuhteissa. Verkon tasajänniteyhteys on rakennettu 20 kV sähkönjakeluverkon ja neljän kuluttajan välille. 20 kV keskijännite suunnataan tasamuuntamolla ±750 V pientasajännitteeksi ja uudestaan 400/230 V vaihtojännitteeksi kuluttajien läheisyydessä. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on luoda yliopistolle tietokanta pientasajännitesähköverkosta kertyvälle tiedolle ja mittaustuloksille. Tietokanta nähtiin tarpeelliseksi luoda, jotta pienjänniteverkon mittaustuloksia pystytään myöhemmin tarkastelemaan yhdessä ja yhtenäisessä muodossa. Yhdeksi tutkimuskysymykseksi muodostui, kuinka järjestää ja visualisoida kaikki verkosta palvelimille kertyvä mittausdata. Työssä on huomioitu myös kolme tietokantaa mahdollisesti hyödyntävää käyttäjäryhmää: kotitalousasiakkaat, sähköverkkoyhtiöt ja tutkimuslaboratorio, sekä pohdittu tietokannan hyötyä ja merkitystä näille käyttäjille. Toiseksi tutkimuskysymykseksi muodostuikin, mikä kaikesta tietokantaan talletetusta datasta olisi oleellisen tärkeää ottaa talteen näiden asiakkaiden kannalta, ja kuinka nämä voisivat hakea tietoa tietokannasta. Työn tutkimusmenetelmät perustuvat jo valmiiksi olemassa olevaan mittausdataan. Työtä varten on käytetty sekä painettua että sähköisessä muodossa olevaa kirjallisuutta. Työn tuloksena on saatu luotua tietokanta MySQL Workbench -ohjelmistolla, sekä mittausdatan keräys- ja käsittelyohjelmat Python-ohjelmointikielellä. Lisäksi on luotu erillinen MATLAB-rajapinta tiedon visualisoimista varten, jolla havainnollistetaan kolmen asiakasryhmän mittausdataa. Tietokanta ja sen tiedon visualisointi antavat kuluttajalle mahdollisuuden ymmärtää paremmin omaa sähkönkäyttöään, sekä sähköverkkoyhtiöille ja tutkimuslaboratorioille muun muassa tietoa sähkön laadusta ja verkon kuormituksesta.

Lappeenranta University of Technology is doing research in low voltage direct current (LVDC) electricity distribution networks. In co-operation with Järvi-Suomen Energia Oy and Suur-Savon Sähkö Oy, the university has built a field test setup research site for a LVDC distribution network. The main objective of the site is to provide a field test environment with real customers to study LVDC technology and related smart grid functionalities in practice. The direct current link is built between a 20 kV distribution network and four customers. The 20 kVAC medium voltage is transformed into ±750 VDC low voltage in a rectifier, and further transformed into 400/230 VAC low voltage in customer-end inverters (CEI) near the consumptions. In this thesis a database model is created for the data gathered by the measuring points of the LVDC distribution network. Creation of a database was seen necessary, for the possibility of further examining of the network data as a whole and in coherence. One research topic is the question of how to arrange and visualize the enormous amount of measurement data accumulated in the host servers. Three possible user groups for the database are considered in the thesis: end customers, electricity network companies as well as research laboratories. The thesis also considers ways of how the database could be seen beneficial for the user groups. Another research topic is the examination of which data would be especially fundamental and important to be saved into the database from the view of aforementioned user groups, as well as how they would be able to seek information from the database. Research methods are based on readily available LVDC network measurement data. Both literacy and web-based articles have been referenced. As a result of the thesis, a database has been created with MySQL Workbench. Two programs for importing and querying the data have also been created in Python programming language, as well as a separate MATLAB interface for visualization of data. The database enables the end customers to understand better their electricity consumption, and provides the electricity networks and laboratories information about e.g. the power quality and loads in the network.