Grid-side power quality for water electrolyser projects in Finland

Abstract

This master's thesis examines how grid connected electrolysers impact power quality and what developers can do to meet the connection requirements in practice. The work consists of a literature-based crosswalk between the Finnish and European provisions of the grid codes and the main IEC / IEEE / CENELEC standards, and furthermore a comparative review of the front-end converter topologies. The analysis is directed towards distortion, reactive power and flicker behavior, and the technical review is supplemented with market benchmarks for dynamic VAR equipment suitable for medium and high voltage connections.

Four converter families are examined, 6 pulse and 12 pulse diode/thyristor bridges, two level insulated gate bipolar transistor (IGBT) active front-end (AFE), and modular multilevel (MMC) AFE. For each topology the thesis assesses the nature and magnitude of grid side disturbances and the implications for compliance and sizing of mitigation.

Expanding on these themes, the thesis has developed a converter comparison matrix and a step-by-step developer checklist that links permitting, data submissions, harmonic studies, mitigation options and commissioning tests to relevant grid code clauses and measurement standards. These are designed to give practical guidance in screening connection options prior to detailed studies, and therefore reducing costly retrofits later in the project lifecycle, and enabling bankable delivery of renewable hydrogen projects amid increasing power quality regulation.

Tässä diplomityössä tutkitaan, miten verkkoon kytketyt elektrolyyserit vaikuttavat sähkön laatuun ja mitä kehittäjät voivat tehdä täyttääkseen liitäntävaatimukset käytännössä. Työ yhdistää kirjallisuuteen perustuvan vertailun suomalaisten ja eurooppalaisten verkkomääräysten sekä IEC/IEEE/CENELEC-ydinstandardien välillä ja vertailee etupään muunninten topologioita. Analyysi keskittyy harmonisiin säröihin, loistehon ja välkynnän käyttäytymiseen, ja täydentää teknistä tarkastelua markkinavertailuarvoilla dynaamisille VAR-laitteille, jotka soveltuvat keski- ja suurjänniteliittymiin.

Työ tarkastelee neljää muunninperhettä, 6-pulssisia ja 12-pulssisia diodi-/tyristorisiltoja, kaksitasoisia eristyshilainen bipolaaritransistori (IGBT) aktiivisia etupäitä (AFE) ja modulaarisia monitasoisia (MMC) AFE:ta. Jokaisen topologian kohdalla työssä arvioidaan verkkohäiriöiden luonnetta ja suuruutta sekä niiden vaikutuksia vaatimustenmukaisuuteen ja lieventämisen mitoitukseen.

Näiden elementtien pohjalta työssä kehitetään vertailumatriisi muuntimille ja vaiheittainen kehittäjän tarkistuslista, joka sitoo lupamenettelyt, tietojen toimittamisen, harmonisten yliaaltojen tutkimukset, lieventämisvalinnat ja käyttöönottotestit sovellettaviin verkkomääräyksiin ja mittausstandardeihin. Yhdessä nämä työkalut muodostavat käytännön oppaan liitäntävaihtoehtojen seulontaan ennen yksityiskohtaisia tutkimuksia, mikä vähentää myöhäisten jälkiasennustoimenpiteiden riskiä ja tukee uusiutuvan vedyn hankkeiden kannattavaa toteutusta tiukentuvien sähkönlaatuvaatimusten vallitessa.