Väitös: Palautuminen valtakunnallisista sähkökatkoista edellyttää suunnittelua, testaamista ja käytännön harjoittelua

DI Antti-Juhani Nikkilä perehtyi väitöstutkimuksessaan sähkön siirron runkoverkon eli kantaverkon käyttäytymiseen laajoissa valtakunnallisissa ja jopa valtioiden rajat ylittävissä sähkökatkoissa. Tarkoituksena oli selvittää uusia toimintamalleja sähköjen nopeaan palauttamiseen häiriön jälkeen sekä arvioida miten ja millaisilla menetelmillä sähköjen palautusta tulisi suunnitella etukäteen. Tutkimuksessaan Nikkilä keskittyi tilanteeseen, jossa muiden maiden sähköverkkoja ei voida hyödyntää sähköjen palauttamiseen.

– Tilanne voisi olla esimerkiksi sellainen, että Suomessa on valtakunnallinen sähkökatko eikä naapurimaiden sähköverkkoja pystytä käyttämään palautumisessa avuksi, Antti-Juhani Nikkilä kertoo.

Tällaisessa tilanteessa sähköverkon tekninen käyttäytyminen on hyvin erilaista kuin normaalin päivittäisen käytön aikana. Koska sähköverkkojen luotettavuus on korkealla tasolla ja laajat häiriöt ovat harvinaisia, käytännön kokemusta tällaisten häiriöiden selvittämisestä on niukasti. Lisäksi uudet energiantuotantomuodot ja teknologiat muuttavat koko sähköjärjestelmän toimintaa. Muutokset luovat haasteita muutenkin harvinaisten häiriötilanteiden matemaattiseen mallintamiseen.

Simuloinnit eivät yksin riitä ennakoimaan sähköjen palautumista

Poikkeuksellisiin häiriöihin liittyvät tarkastelut edellyttävät tietokonepohjaisia simulointeja. Antti-Juhani Nikkilä havaitsi väitöstutkimuksessaan, että sähköverkon normaaliin käyttöön laaditut simulointimallit ja menetelmät eivät sellaisenaan välttämättä sovellu häiriötilanteisiin, koska sähköverkko toimii häiriötilanteissa niin eri tavalla.

Pelkillä matemaattisilla malleilla on käytännössä mahdoton saada esille sähköjen palauttamisen kannalta oleellisia yksityiskohtia. Nikkilän mukaan laskentamalleilla suoritettavan suunnittelun rinnalle tarvitaankin soveltuvaa käytännön testaamista.

– Esimerkiksi käytännössä tehtävillä kenttäkokeilla saadaan mittausaineistoa, jota voidaan käyttää tietyn tyyppisten sähkölaitteistojen toiminnan mallintamiseen. Toisaalta myös sähköjen palautuksessa käytettävillä toimintamalleilla sekä näihin liittyvillä valinnoilla voidaan vähentää simulointimallien epätarkkuuksista aiheutuvia epävarmuuksia, Nikkilä toteaa.

Tutkimuksen tulosten avulla voidaan kehittää maantieteellisesti erittäin laajoista sähkökatkoista palautumiseen liittyviä toimintamalleja ja näin nopeuttaa sähköjen palautumista myös hyvin poikkeuksellisissa häiriötilanteissa. Tulosten avulla voidaan myös kehittää sähköverkon operoinnissa käytettäviä tietojärjestelmiä.

Tutkimus on tehty Suomen kantaverkkoyhtiö Fingrid Oyj:ssä, jossa Nikkilä toimii erikoisasiantuntijana.

Diplomi-insinööri Antti-Juhani Nikkilän sähköenergiatekniikan alaan kuuluva väitöskirja Power system restoration after a system level blackout: Measures for system operation to manage technical uncertainties during the bottom-up restoration of a transmission networktarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa perjantaina 16.9.2022 kello 12 Tietotalon auditoriossa TB109 Tampereen yliopiston Hervannan kampuksella (Korkeakoulunkatu 1, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Herwig Renner Grazin teknillisestä yliopistosta Itävallasta (TU Graz) ja professori Matti Lehtonen Aalto yliopistosta. Kustoksena toimii professori Pertti Järventausta Tampereen yliopistoninformaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.