Tampereen yliopisto

Uudet mallit ja uusi mittausmenetelmä helpottavat uusiutuvien energianlähteiden liittämistä sähköverkkoon

Jaa
Uusiutuvia energialähteitä liitetään sähköverkkoon jatkuvasti lisää tehoelektroniikkaa hyödyntäen. Laitteiden määrän kasvaessa vuorovaikutukset laitteiden välillä voivat kuitenkin johtaa epästabiiliuteen. Mallintamalla epälineaarisuuksia ja nopealla laajakaistamittauksella mahdollisia riskejä voidaan havaita ennakkoon, selviää Matias Bergin väitöskirjassa. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää, kun uusiutuvia energialähteitä liitetään sähköverkkoon.

Jotta hiilidioksidipäästöjä saadaan vähennettyä, energiantuotannossa on siirryttävä uusiutuviin energialähteisiin. Monet uusiutuviin energialähteisiin perustuvat generaattorit tuottavat sähköä, jota ei voida syöttää sellaisenaan vaihtosähköverkkoon. Esimerkiksi aurinkopaneelien ja sähköverkon väliin kytketty aurinkovaihtosuuntaaja säätää tasavirtaa tuottavien aurinkopaneelien tehoa ja syöttää tuotetun tehon vaihtovirtana sähköverkkoon.

Verkkoon kytkettyjen vaihtosuuntaajien määrän kasvaessa laitteiden välinen vuorovaikutus voi johtaa sähköjärjestelmän epästabiiliuteen. Ongelma voidaan kuitenkin välttää suunnittelu- ja käyttöönottovaiheissa säätösuunnittelulla, joka perustuu mallintamiseen sekä taajuustason mittauksiin sähköverkosta ja laitteista, Matias Berg sanoo.

Perinteinen vaihtosuuntaajien säätösuunnittelu perustuu lineaarisiin malleihin ja oletukseen järjestelmän riittävästä lineaarisuudesta toimintapisteessä. Yleisesti järjestelmä tulee mallintaa ja mitata oikeassa toimintapisteessä, mutta tyhjäkäynnissä, jossa vaihtosuuntaaja ei syötä tehoa, vaihtosuuntaaja muuttuu merkittävästi epälineaariseksi. Epälineaarisuus näkyy vaimennuksena, joka voi poistaa vaihtosuuntaajan suotimen resonanssista huipun, joka on normaalisti potentiaalinen epästabiiliuden aiheuttaja. Mittaus voikin antaa ylioptimistisen kuvan vaihtosuuntaajaan stabiiliusvaroista, ja tyhjäkäynnissä tehty mittaus ei vastaa perinteistä lineaarista mallia. Berg kehitti väitöstutkimuksessaan taajuustason mallin vaihtosuuntaajaan epälineaariselle käyttäytymiselle tyhjäkäynnissä.

Vastaan tutkimuksessani myös kysymykseen, miten kolmivaiheisen sähköverkon paikallinen dynamiikka voidaan mitata nopeasti ja tarkasti käyttäen vaihtosuuntaajaa. Kolmivaiheisen sähköverkon mittaamiseen haasteellisuutta tuo laajasti käytetyn synkronisen koordinaatiston kanavat, joiden välillä on ristikkäisvaikutus. Käyttämäni mittausmenetelmä perustuu mittauksessa käytettyjen laajakaistaherätesignaalien ominaisuuksien hyödyntämiseen mittausdatan jälkiprosessoinnissa, Berg kertoo.

Kehitetyillä malleilla ja menetelmillä voidaan ymmärtää ja ehkäistä uusiutuvaa energiaa prosessoivien vaihtosuuntaajien ja kuluttajien sähkölaitteiden välisiä haitallisia vuorovaikutuksia, mikä mahdollistaa sähköverkkoon syötettävän uusiutuvan energian määrän lisäämisen, Berg jatkaa.

Diplomi-insinööri Matias Bergin sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja Deadtime Effect and Impedance Coupling in Dynamic Analysis of Grid-Connected Inverters tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa 24.9.2021 klo 12.00 Hervannan kampuksella, Sähkötalon salissa S4, (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Pasi Peltoniemi LUT-yliopistosta. Kustoksena toimii Assistant Professor Tomi Roinila.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Matias Berg
050 324 1110
matias.berg@tuni.fi

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Tampereen yliopisto
Tampereen yliopisto
Kalevantie 4
33014 TAMPEREEN YLIOPISTO

p. 0294 5211https://www.tuni.fi

Tampereen yliopisto kytkee yhteen tekniikan, terveyden ja yhteiskunnan tutkimuksen ja koulutuksen. Teemme kumppaniemme kanssa yhteistyötä, joka perustuu vahvuusalueillemme sekä uudenlaisille tieteenalojen yhdistelmille ja niiden soveltamisosaamiselle. Luomme ratkaisuja ilmastonmuutokseen, luontoympäristön turvaamiseen sekä yhteiskuntien hyvinvoinnin ja kestävyyden rakentamiseen. Yliopistossa on 21 000 opiskelijaa ja henkilöstöä lähes 4 000.
Rakennamme yhdessä kestävää maailmaa. 

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Tampereen yliopisto

Pullonkaulatulot vaikuttavat sähkön markkinahinnan muodostukseen29.10.2025 08:45:00 EET | Tiedote

Sähkömarkkinoilla on havaittu yllättävää hintojen heiluntaa, jonka taustalla voi olla tutkijoiden mukaan markkinahinnan laskentamalli. Malli saattaa päätyä maksimoimaan taloudellista hyötyä pullonkaulatuloista, joita syntyy, kun tarjousalueiden välillä siirretään sähköä tilanteessa, jossa niiden välillä on hintaero. Taustalla vaikuttaa muutos virtausperusteiseen kapasiteetin laskentaan, joka ohjaa siirtoja markkinan kannalta tehokkaampiin kohteisiin, mikä voi nostaa sähkön hintaa tietyissä tilanteissa. Markkinahyöty ei aina tarkoita kuluttajalle edullista hintaa.

Väitös: Teollinen resurssienhallinta on kyvykkyyksien, ei materiaalien hallintaa24.10.2025 15:53:44 EEST | Tiedote

Väitöstutkimuksessaan diplomi-insinööri Jarmo Uusikartano tarkastelee teollisen resurssienhallinnan määritelmää uudesta näkökulmasta. Tällöin resurssi ei viittaa yksittäisiin esineisiin tai asioihin, vaan ihmisten ja luonnon väliseen vuorovaikutussuhteeseen. Tutkimus tuo esiin nykyisen resurssienhallinnan käsitteistön puutteet ja ehdottaa resurssienhallinnalle uutta määritelmää, joka huomioi ympäristöllisen kestävyyden resurssienhallinnalle asettamat reunaehdot.

Väitös: Digitaaliset työkalut vahvistavat arvonluontia kuntien, yritysten ja asukkaiden kesken kaupunkikehitysprojekteissa24.10.2025 13:45:38 EEST | Tiedote

Kaupunkikehitysprojektien alkuvaiheet ovat usein haastavia: eri sidosryhmillä on monia, jopa ristiriitaisia näkemyksiä projektin lopputuloksista, mutta samalla päätöksiä on tehtävä projektin etenemiseksi. Diplomi-insinööri Sebastian Toukolan väitöstutkimus tarjoaa ratkaisuja siihen, miten kunnat, yritykset ja asukkaat voivat luoda arvoa yhdessä. Lisäksi tutkimus osoittaa, miten digitaaliset työkalut, rakennustietomallinnuksesta sosiaalisen median alustoihin, tukevat yhteistyötä ja arvonluontia projektien alkuvaiheissa.

Tutkimus esittää suosituksia kuntayhtiöiden hallitusten asiantuntemusvaatimusten täyttämiseksi24.10.2025 12:21:47 EEST | Tiedote

Tampereen yliopiston tutkimushankkeessa syvennyttiin kuntayhtiöiden asiantuntemusvaatimuksen sisältöön, soveltamisalaan ja tosiasialliseen soveltamiseen kunnissa. Vaikka myönteistä kehitystä hallitusvalintojen valmistelussa on tapahtunut, tuoreessa tutkimuksessa yli puolessa kunnista ei erikseen arvioida kuntalain asiantuntemusvaatimuksen täyttymistä. Tutkimuksessa esitetään useita käytännön toimintasuosituksia siihen, miten hallitusten valintaprosesseja tulisi parantaa asiantuntemusvaatimuksen täyttämiseksi. Lisäksi ehdotetaan säännöksen soveltamisalan laajentamista.

Väitös: Kunnat kehittävät maaseutua valikoivasti ja tukeutuvat siinä mielellään Leader-ohjelmaan24.10.2025 12:07:28 EEST | Tiedote

Väitöstutkimuksessaan MMM Ella Mustakangas tutki kuntien maaseudun kehittämistä ja sitä, millaista hallinnan tapaa se edustaa. Kuntien keskeisiä välineitä maaseudun kehittämisessä ovat kuntastrategia ja hankkeet, jotka molemmat edellyttävät kunnissa yhteistyötä ja panostamista toimijoiden väliseen vuorovaikutukseen. Tutkimus osoittaa, että kunnat ovat maaseudun kehittämistoimissaan varovaisia, eivätkä rakenna hallinnan verkostoja maaseudulla mitenkään systemaattisesti.

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme
World GlobeA line styled icon from Orion Icon Library.HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye