Integration of microgrids into electricity distribution networks

Existing electricity distribution system is under pressure because implementation of distributed generation changes the grid configuration and also because some customers demand for better distribution reliability. In a short term, traditional network planning does not offer techno-economical solutions for the challenges and therefore the idea of microgrids is introduced. Islanding capability of microgrids is expected to enable better reliability by reducing effects of faults. The aim of the thesis is to discuss challenges in integration of microgrids into distribution networks. Study discusses development of microgrid related smart grid features and gives estimation of the guideline of microgrid implementation. Thesis also scans microgrid pilots around the world and introduces the most relevant projects. Analysis reveals that the main focus of researched studies is on low voltage microgrids. This thesis extends the idea to medium voltage distribution system and introduces challenges related to medium voltage microgrid implementation. Differences of centralized and distributed microgrid models are analyzed and the centralized model is discovered to be easiest to implement into existing distribution system. Preplan of medium voltage microgrid pilot is also carried out in this thesis.

Hajautetun tuotannon lisääntyminen ja asiakkaiden tarve paremmasta käyttövarmuudesta asettavat muutospaineita nykyiselle sähkönjakelujärjestelmälle. Perinteinen verkostosuunnittelu ei kykene lyhyellä aikavälillä tuottamaan teknistaloudellisesti järkeviä ratkaisuja haasteisiin ja on siten rajoite tuotannon liittämiselle. Älykkäiden sähköverkkojen on tarkoitus luoda uusia ratkaisuja kyseisiin ongelmiin. Saarekekäyttöön kykenevät mikroverkot voisivat mahdollistaa hajautetun tuotannon tuoman potentiaalin hyödyntämisen myös käyttövarmuuden parantamisessa. Diplomityö tarkastelee mikroverkkojen potentiaalia osana sähkönjakeluverkon kehitystä. Työssä luodaan arvio mikroverkkojen yleistymismahdollisuuksista sekä tuodaan esiin eri vaihtoehtojen haasteita. Tuotantokeskeisen mikroverkon havaitaan sopeutuvan paremmin nykyiseen jakelujärjestelmään suojaus- ja mitoitushaasteiden vuoksi. Saarekekäyttöön kykenevät ja hajautettua tuotantoa hyödyntävät mikroverkot herättävät kiinnostusta ympäri maailman ja työssä esitellään tärkeimpiä mikroverkkopilotteja. Kirjallisuustyössä havaitaan, että maailmalla tehty tutkimus painottuu pienjännitemikroverkkoihin. Tässä työssä laajennetaan ajatusta keskijännitemikroverkkoihin ja käsitellään niiden käyttöönoton haasteita. Työssä luodaan myös alustava suunnitelma mikroverkkopilotista suomalaisessa jakeluverkossa.