Reaaliaikaisen PMU-mittaustiedon hyödyntäminen voimajärjestelmän valvonnassa

Tämä työ on tehty Fingrid Oyj:lle. Työn tavoitteena oli tutkia, miten reaaliaikaista PMU-mittaustietoa voidaan hyödyntää voimajärjestelmän valvonnassa. Voimajärjestelmän dynaamisia ilmiöitä ovat jännite- ja kulmastabiilius. Työssä tutkittiin voimajärjestelmän kulmastabiiliutta PSS/E-ohjelmalla simuloitujen mittaustulosten perusteella. Fouriermuunnoksen tulokset osoittavat, että huonoiten vaimeneva taajuuskomponentti on 0,3 Hz taajuus. Lisäksi tiedetään, että huonosti vaimeneva taajuuskomponentti rajoittaa siirtokapasiteettia. Voimajärjestelmän stabiiliutta voidaan esittää Wide Area Monitoring -järjestelmien (WAMS) avulla. WAMS perustuu Phasor Measurement -laitteen (PMU) reaaliaikaiseen mittaustekniikkaan. Jännitteen vaihekulman mittaaminen mahdollistaa voimajärjestelmän tilan määrittämisen reaaliajassa. Työssä on esitelty Fingridin käytössä oleva WAMS ja lisäksi esitelty kolmen eri laitetoimittajan WAMS:n rakennetta ja operaattorin käyttöön tarkoitettuja käyttöliittymiä. WAMS:n rakenteet ovat pääpiirteittäin samanlaisia, mutta stabiiliuden visuaalisessa esittämisessä on eroja. PMU -mittaustietoja on mahdollista tuoda käytönvalvontajärjestelmään erillisellä tiedonsiirtoprotokollalla. PMU-mittaustiedon hyödyntäminen käytönvalvontajärjestelmän toimintaaluenäytöllä mahdollistaa verkon tilan esittämisen reaaliajassa. Roottorin kulmastabiilius esitetään Fingridin käytönvalvontajärjestelmässä vaihekulmaerojen avulla ja työssä on esitetty, kuinka vaihekulmaeron arvolla on vaikutus tehonsiirtoon. Vaihekulmaeron arvo kuvaa vian jälkeisen tehoheilahtelun voimakkuutta. PMU-mittaustiedon esittäminen antaa operaattorille selkeämmän kuvan ylläpitää tehonsiirto turvallisella tasolla ja epästabiilin heilahtelun havainnoiminen vähentää suurhäiriön riskiä. Tulevaisuudessa siirtoverkon kehittyessä tarvitaan operaattorin käyttöön myös nopeita stabiilisuutta esittäviä työkaluja.

This Master's thesis was made to Fingrid Oyj. The aim was to study how real-time PMU measurement data could be more useful in power system control. One of the power system dynamic phenomena is rotor angle stability which was studied by simulated data measurements of PSS/E software. Fourier transform results indicate that the worst frequency component of the velocity decay is 0.3 Hz. It is also known that the poor frequency component of the velocity decay limited transmission capacity. The power system dynamics can be presented trough Wide Area Monitoring Systems (WAMS). The WAMS is based on real-time measurement technique using Phasor Measurement Unit (PMU). Further voltage phase angle measurement allows the determination of power system status in real time. The study described also the use of WAMS in Fingrid. In addition three alternative structures of WAMS and user interfaces for operator, from different suppliers, were presented. The WAMS structures are mainly similar, slightly differing in the dynamics of visual presentation. At the moment PMU measurement data can be brought to the EMS with separate data transfer protocol. In the thesis presenting PMU measurement information in EMS of operation area display was studied. Also rotor angle stability is showed in Fingrid's EMS. It shows that there is link between power transmission and phase angle measurement. Phasor angle monitoring gives clearer picture to the operator volume of power oscillations in power system. In addition when PMU measurement information is presented, it gives more accurate picture to maintain power transmission at a safe level and detect of oscillation, which reduces the risk of a major disturbance. In the future operator of the developing transmission system needs also high-speed real-time tools presenting stability.