Aushiq Ali Memonin tuoreen väitöstutkimuksen mukaan tietoliikennepohjaiset mukautuvat eli adaptiiviset suojausjärjestelmät havaitsevat ja erottavat mikroverkkojen oikosulkuviat nopeammin kuin tavalliset vakioasetteluihin perustuvat suojauslaitteet. Väitös tarkistetaan Vaasan yliopistossa perjantaina.
Vaihtovirtaan perustuvat mikroverkot voivat tarjota vähähiilistä, hajautettua ja luotettavaa energiaa. Ne toimivat sekä muuhun verkkoon kytkeytyneinä että itsenäisinä saarekkeina. Molempiin käyttömuotoihin liittyy kuitenkin teknisiä haasteita.
- Vaikka perinteiset vakioasetteluihin perustuvat ylivirtasuojalaitteet toimivat hyvin verkkoon kytketyssä käyttötilassa, ne joko toimivat virheellisesti tai aiheuttavat pitkiä viiveitä saarekekäyttötilan oikosuluissa, koska käytettävissä oleva vikavirta on pienempi. Tietoliikennepohjaiset adaptiiviset suojausjärjestelmät, joissa käytetään joko vakioaikaan tai käänteisaikaan perustuvaa suojauskoordinaatiota, auttavat nopeasti havaitsemaan ja eristämään oikosulkuviat mikroverkoissa molemmissa käyttötiloissa, Aushiq Ali Memon sanoo.
Verkkoon kytkeytyneissä ja saareketilassa olevissa mikroverkoissa on erilaisia suojaushaasteita. Kun verkkoon kytketään huomattava määrä hajautettujen energiaresurssien (DER) laitteita, vaihtovirtaan perustuvien mikroverkkojen suojaukseen voi tulla ongelmia. Tehoelektroniikkaan perustuvien vaihtosuuntaajien koosta sekä DER-laitteiden ja vikojen sijainnista riippuen jotkut suojauslaitteet näkevät odotettua pienemmän vikavirran, kun taas toiset odotettua suuremman vikavirran. Lisäksi DER-laitteiden kytkeminen ja katkaiseminen toiminnallisista ja taloudellisista syistä aiheuttaa vikavirtatasojen vaihtelua muuhun verkkoon kytketyssä käyttötilassa. Nämä ilmiöt häiritsevät suojauslaitteiden välistä suojauksen koordinointia.
Saarekkeina toimivissa mikroverkoissa voi myös esiintyä samankaltaisia suojaushaasteita kuin muuhun verkkoon kytketyissä mikroverkoissa. Näiden kahden erona on se, että saareketilassa ei ole yhteyttä pääverkkoon. Tällöin ainoastaan paikalliset, vaihtosuuntaajiin perustuvat DER-laitteet ovat käytettävissä. Suojalaitteiden vikavirtatasot ovatkin saareketilassa hyvin alhaiset verrattuna verkkoon kytkettyyn tilaan, mikä ei välttämättä riitä oikosulkuvikojen nopeaan havaitsemiseen.
Myös suojauslaitteiden sokaistuminen on mahdollista. Suojausasetusten tietoliikennepohjainen mukauttaminen alempiin ja korkeampiin laukaisurajoihin, kun vikavirran taso on odotettua alhaisempi tai korkeampi, ratkaisee suojauksen koordinointiongelman ja estää suojauslaitteiden sokaistumisen. Suojareleet, joissa on vähintään kaksi asetteluryhmää, ja releiden väliset tiedonsiirtoyhteydet ovat kaksi tärkeää vaatimusta tietoliikennepohjaisille adaptiivisille suojausjärjestelmille.
Väitöstutkimuksessa on arvioitu IEC 61850 GOOSE -protokollan edestakaisen tiedonsiirron viivettä suojareleiden välillä käyttämällä reaaliaikaista laitteisto-silmukka-simulaatiota. Memon ehdottaa tutkimuksessa myös uusia suunnattuja suojausmenetelmiä poikittaisvikoja varten sekä metodeja yksivaiheisten vikojen tai johdinkatkojen havaitsemiseksi. Niitä on testattu PSCAD- ja MATLAB-simuloinneilla.
Ethernet-pohjainen tiedonsiirtoprotokolla, eli esimerkiksi tässä työssä testattu IEC 61850 GOOSE, on luotettava, mutta tiedonsiirtoon voi liittyä epämääräistä viivettä ja ajoittaisia katkoksia, jotka johtuvat ruuhkautuneesta tietoliikenteestä tai muista odottamattomista tekijöistä. Tämän vuoksi Memon ehdottaa tutkimuksessaan signaalin jatkuvuuden tarkistamista suojareleen sisällä tietoturvan parantamiseksi ja virheellisten laukaisujen estämiseksi.
Aushiq Ali Memon syntyi Khairpur Mirissä, Sindhissä, Pakistanissa, ja valmistui Government Higher Secondary Schoolista Sobhoderossa, Khairpur Mirissä. Hän on suorittanut tekniikan kandidaatin tutkinnon sähkötekniikassa Quaid-e-Awam University of Engineering, Science and Technologyssä Nawabshahissa, Pakistanissa ja diplomi-insinöörin tutkinnon sähkövoimatekniikassa Brandenburgin teknillisessä yliopistossa Cottbusissa, Saksassa. Tällä hetkellä Memon työskentelee projektitutkijana Vaasan yliopistossa.
Kuva: Vaasan yliopisto / Riikka Kalmi
