Laajat sähköjärjestelmähäiriöt maailmalla 2000-luvulla
Sihvonen, Ville (2018)
Kandidaatintyö
Sihvonen, Ville
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801222185
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801222185
Tiivistelmä
Tässä tapaustutkimuksena suoritetussa kandidaatintyössä tutkittiin neljää kantaverkossa tapahtunutta laaja-alaista sähkönsiirtohäiriötä 2000-luvulta. Vuodelta 2003 valikoitui analysoitavaksi Etelä-Ruotsin ja Itä-Tanskan sähkökatkos, Pohjois-Amerikan koillisrannikon sähkökatkos ja Italian sähkökatkos. Neljäs tutkittu tapaus oli Ukrainan vuoden 2015 sähkökatkos.
Työn tavoitteena oli tutkia ja analysoida tapahtuneita häiriöitä ja antaa esimerkkejä oikeasti tapahtuneista laajoista sähkönsiirtohäiriöistä. Tutkituista tapauksista käydään läpi häiriöin syy, vaikutukset, miten häiriöstä palauduttiin ja mitä häiriön jälkeen tehtiin, jotta verkko olisi vakaampi.
Kaikissa kolmessa vuoden 2003 tapauksessa siirtoverkossa ilmeni lyhyellä aikavälillä kaksi tai useampi merkittävää vikaa ja verkon N-1 tila ylittyi. Etelä-Ruotsin ja Itä-Tanskan, sekä Pohjois-Amerikan koillisrannikon tapauksissa sähköverkko menetti jännitestabiilisuuden. Italiassa tapahtuneessa häiriössä menetettiin verkon taajuusstabiilisuus, sekä tahtikäynti ympäröiviin maihin nähden. Ukrainan 2015 sähkökatkos oli siirtoverkkoon kohdistuneen kyberhyökkäyksen seurausta, jossa hakkerit pääsivät käsiksi sähköverkon ohjausjärjestelmään. Häiriöiden suurin vaikutus oli rahallinen ja ta-pauksissa aiheutui vain muutama henkilövahinko. Tapauksien jälkeen siirtoverkkoja on vahvistettu alueilla ja niistä on tehty joustavampia, sekä henkilöstön koulutusta on lisätty.
Kantaverkossa tapahtuvat häiriöt, jotka johtavat laajaan sähkökatkokseen, ovat suhteellisen harvinai-sia, verrattuna pienemmän jänniteportaan jakeluverkkoon. Toista vuoden 2003 kaltaista vuotta ei ole ollut, mutta ilman häiriöitä ei olla selvitty. Uutena uhkana sähköverkoille on kyberhyökkäykset ja sähköverkkojen tietoturvan parantaminen tarjoaa hyvät mahdollisuudet jatkotutkimukseen. This bachelor’s thesis focuses on analysing four large-scale power transmission disturbances from 21st century, which occurred on main grid level. Three of the analysed power outages were from year 2003, power outage of South Sweden and East Denmark, power outage of Northeast North America and power outage of Italy. The fourth case was from year 2015 from Ukraine.
The objective for the thesis was to study and analyse disturbances in power system and to give examples of real life cases of such disturbances. Study of the cases will include cause of the disturbance, effects it had, how system was recovered from the disturbance and what kind of chances was made to the power system to make it more stable and secure.
In all three cases from 2003, two or more major faults occurred in the power system in short timespan from each other and caused the N-1 state to be exceeded. Power system lost its voltage stability in South Sweden, East Denmark and North America. Frequency stability and synchronization was lost in Italy. Cause of power outage in Ukraine was a result of a cyberattack on the controlling system of the transmission grid. Greatest impact that the power outages had was mainly monetary and bodily injuries were for the most part avoided. Power systems, including transmission line, were strengthened after outages and training of employees has been improved.
Large-scale disturbances in main power transmission grid remain quite rare when compared to disturbances on lower voltage level systems and there has not been another such busy year like 2003. New threat to power transmission grids are cyberattacks and improving the security of transmission grid provides good opportunities for further research.
Työn tavoitteena oli tutkia ja analysoida tapahtuneita häiriöitä ja antaa esimerkkejä oikeasti tapahtuneista laajoista sähkönsiirtohäiriöistä. Tutkituista tapauksista käydään läpi häiriöin syy, vaikutukset, miten häiriöstä palauduttiin ja mitä häiriön jälkeen tehtiin, jotta verkko olisi vakaampi.
Kaikissa kolmessa vuoden 2003 tapauksessa siirtoverkossa ilmeni lyhyellä aikavälillä kaksi tai useampi merkittävää vikaa ja verkon N-1 tila ylittyi. Etelä-Ruotsin ja Itä-Tanskan, sekä Pohjois-Amerikan koillisrannikon tapauksissa sähköverkko menetti jännitestabiilisuuden. Italiassa tapahtuneessa häiriössä menetettiin verkon taajuusstabiilisuus, sekä tahtikäynti ympäröiviin maihin nähden. Ukrainan 2015 sähkökatkos oli siirtoverkkoon kohdistuneen kyberhyökkäyksen seurausta, jossa hakkerit pääsivät käsiksi sähköverkon ohjausjärjestelmään. Häiriöiden suurin vaikutus oli rahallinen ja ta-pauksissa aiheutui vain muutama henkilövahinko. Tapauksien jälkeen siirtoverkkoja on vahvistettu alueilla ja niistä on tehty joustavampia, sekä henkilöstön koulutusta on lisätty.
Kantaverkossa tapahtuvat häiriöt, jotka johtavat laajaan sähkökatkokseen, ovat suhteellisen harvinai-sia, verrattuna pienemmän jänniteportaan jakeluverkkoon. Toista vuoden 2003 kaltaista vuotta ei ole ollut, mutta ilman häiriöitä ei olla selvitty. Uutena uhkana sähköverkoille on kyberhyökkäykset ja sähköverkkojen tietoturvan parantaminen tarjoaa hyvät mahdollisuudet jatkotutkimukseen.
The objective for the thesis was to study and analyse disturbances in power system and to give examples of real life cases of such disturbances. Study of the cases will include cause of the disturbance, effects it had, how system was recovered from the disturbance and what kind of chances was made to the power system to make it more stable and secure.
In all three cases from 2003, two or more major faults occurred in the power system in short timespan from each other and caused the N-1 state to be exceeded. Power system lost its voltage stability in South Sweden, East Denmark and North America. Frequency stability and synchronization was lost in Italy. Cause of power outage in Ukraine was a result of a cyberattack on the controlling system of the transmission grid. Greatest impact that the power outages had was mainly monetary and bodily injuries were for the most part avoided. Power systems, including transmission line, were strengthened after outages and training of employees has been improved.
Large-scale disturbances in main power transmission grid remain quite rare when compared to disturbances on lower voltage level systems and there has not been another such busy year like 2003. New threat to power transmission grids are cyberattacks and improving the security of transmission grid provides good opportunities for further research.