VTT on kehittänyt työkalun, jonka avulla voidaan lyhentää mm. myrskyjen aiheuttamia sähkökatkoja ja vähentää niistä aiheutuvia kuluja ja vahinkoja, kuten kotitalouksien laiterikkoja ja putkistojen jäätymisiä. Työkalulla voidaan simuloida tietoliikenne- ja sähköverkkojen toimintaa vikatilanteissa, mm. myrskyjen aiheuttamien tuhojen yhteydessä. Näiden tietojen avulla kyetään arvioimaan kuluttajien sähkökatkojen pituutta, kehittämään verkkojen luotettavuutta ja tätä kautta lyhentämään sähkökatkoja.

1. Sähkökatkot lyhyemmiksi simulointi-
työkalun avulla
23.5.2013
Pertti Raatikainen ja Seppo Horsmanheimo
VTT

2. 223/05/2013
Lähtökohta 1/2
 2000-luvulla syys- ja
talvimyrskyjen määrä on kasvanut
 Myrskytuhot aiheuttaneet
katkoksia sähkö- ja
tietoliikenneverkkoihin
 Myrskyjen lisäksi myös lumikuormat
aiheuttavat sähkökatkoksia
 Sähköverkot eivät ole kehittyneet
vastaamaan nykyajan
vaatimuksia
(Hallituksen esitys 20/2013)

3. 323/05/2013
Lähtökohta 2/2
 Sähkö- ja tietoliikenneverkkojen keskinäinen riippuvuus on kasvanut
automaation ja etähallinnan myötä
 Sähköverkkojen modernisointi kasvattaa tietoliikenteen tarvetta
 Tietoliikenteen kasvu lisää sähköä tarvitsevien tukiasemien määrää
 Maaseutu- ja taajama-alueet ovat kaupunkialueita haavoittuvampia
 Ilmajohtojen määrä suurempi maaseutu- ja taajama-alueilla
 Sähköverkon korjaukset kestävät yleensä pidempään
 Matkapuhelinverkon peitossa on vähemmän varmentavaa
päällekkäisyyttä
 Yhteiskunnan digitalisoituminen on lisännyt riippuvuutta sähkö- ja
tietoliikenneverkoista
 korostunut tarve myrskytuhojen ennaltaehkäisylle ja -varautumiselle

4. 423/05/2013
Simulointiohjelmiston tausta
 Sähkö- ja tietoliikenneverkkojen välisiä riippuvuuksia on hyvin
vähän simuloitu - usein verkkoja tarkasteltu erikseen
 Merkittäviä ponnistuksia tehty tietoliikenne- ja sähköverkkojen
toimivuuden varmentamiseksi eritoten katastrofitilanteissa
 Tietoliikenneverkot (3GPP-standardisointi)
 Sähköverkot (Hallituksen esitys 20/2013)
 Eri varmennusvaihtoehtojen vertailuun tarvitaan työkaluja

5. 523/05/2013
Simulointityökalu 1/2
 Työkalu on alun perin kehitetty tietoliikennetarpeisiin.
 Smart Grids and Energy Markets (SGEM) -projektissa työkalua
kehitettiin edelleen huomioimaan sähköverkossa esiintyviä erilaisia
vikatilanteita.
 Vikatilanteita tarkastelemalla ja analysoimalla voidaan sähkö-
ja tietoliikenneverkkojen kriittiset kohdat tunnistaa ja niiden
pohjalta rakentaa verkot entistä luotettavammiksi ja
toimintavarmemmiksi.
 Kehitystyötä tehty yhteistyössä ViolaSystemsin, ABB:n, NSN:n,
TeliaSoneran ja Fortumin kanssa.

6. 623/05/2013
Simulointityökalu 2/2
 Mallintaa myrskytuhojen ja erityyppisten sähkökatkojen laajuutta ja
etenemistä sähköverkossa sekä niiden vaikutuksia
matkapuhelinverkkoihin
 Muodostaa sähköverkon vikaraporteista yksityiskohtaisen kuvan
vikaantumisen etenemisestä aiempien myrskyjen aikana ja normaaliin
toimintaan palautumisesta myrskyjen jälkeen
 Havainnoi mobiiliverkon toimintatason alenemista (esim. puhe- ja
datayhteyksien katkot) ja vaikutuksia sähköverkon korjaustyöhön ja
normaaliin toimintaan palautumiseen

7. 723/05/2013
Tietoliikenne- ja sähköverkon mallintaminen
 Ympäristö
 Korkeus- ja maastotyyppitiedot
 Sähköverkko
 Sähköasemat
 Erottimet
 Muuntamot
 2G/3G-mobiiliverkot
 GSM-900 -verkkon tukiasemat
 UMTS-900 –verkkon tukiasemat
 Erityyppiset päätelaitteet

8. 823/05/2013
Mallinnettava sähköverkon osa
Figure from Viola Systems’ ‘Case Vattenfall: Automating the Distribution Network’ report

9. 923/05/2013
Tietoliikenneverkon tietojen todentaminen
Nemo
HandyViola Arctic
2G/3G
Samsung
Nexus

10. 1023/05/2013
Sähkö- ja puhelinverkko normaalitilanteessa

11. 1123/05/2013
Sähkö- ja puhelinverkko myrskyn jälkeen
Kuva: Olli Pihlajamaa

12. 1223/05/2013
Vaihtoehtoja luotettavuuden parantamiseen
 Sähköverkon luotettavuus
 Maakaapelointi
 Vierimetsien (sähkölinjan vieressä olevat puut) hoitaminen
 Sähköntuotannon hajauttaminen (esim. micro grid -toteutukset)
 Sähköverkkojen modernisointi (automaatio- ja etähallinta)
 Tietoliikenneverkon luotettavuus
 Sähkönsaannin varmentaminen (esim. akut, sähkögeneraattorit,
varmentavat sähkölinjat ja maakaapelointi)
 Mobiiliverkon peiton varmentaminen (esim. tukiasematiheyttä
kasvattamalla ja/tai eri langattomien verkkojen yhteiskäytöllä)
 Uusien langattomien verkkoteknologioiden (esim. ad hoc ja LTE-
A) hyödyntäminen

13. 1323/05/2013
Mobiiliverkon peiton korjaaminen myrskyn jälkeen
Suorat päätelaitteiden
väliset yhteydet (ad hoc)
Liikuteltavat tukiasematMobiiliverkon antennien
uudelleensuuntaaminen

14. 1423/05/2013
Esimerkki: Erityyppisten vikaantumisten mallintamisesta
Yksi linja alhaalla
*) Harmaalla ilman sähköä olevat sähköverkkokomponentit
GSM-verkon peiton muutokset eri vikaantumistilanteissa
Yksi sähköasema alhaalla Useita sähköasemia alhaalla
*) Väreillä esitetty kuuluvien solujen määrät eri kohdissa

15. 1523/05/2013
Esimerkki - Tapani/Hannu-myrskyn mallintaminen
Ei akkuvarmennusta tukiasemissa 12 tunnin akkuvarmennus tukiasemissa
 Punainen - toimivien muuntamoiden %-osuus
 Vaaleansininen - toimivien mastojen %-osuus
 Tummansininen - mobiiliverkon peiton puutteen %-osuus

16. 1623/05/2013
Sovelluskohteita
 Sähkökatkosten vaikutusten arviointi
 Muita häiriönaiheuttajia esim. kyber-hyökkäykset ohjausjärjestelmää
kohtaan, lumikuormat ja aurinkomyrskyt
 Tulevaisuuden tietoliikenne- ja sähköverkkojen kehitystarpeiden
arviointi
 Infrastruktuurien ja kriittisten palvelujen välisten vuorovaikutusten
tutkiminen
 sähköverkko-vedenjakelu
 sähköverkko-tietoliikenneverkko-pankkipalvelu tai pelastuspalvelu

17. 1723/05/2013
Hyödyt
 Sähköyhtiöiden maksamien myrskykorvausten
lukumäärä ja korvaussummat pienenevät
sähkökatkojen lyhentyessä
 Sähkökatkosten aiheuttamat vauriot vähenevät
(mm. sulaneet pakastimet, vioittuneet kodinkoneet,
vesiputkien jäätymiset), mikä pienentää
kotitalouksien ja vakuutusyhtiöiden kuluja
 Kuluttajille luotettavampia
tietoliikenneyhteyksiä, kun katkot lyhenevät
 Valtion/yhteiskunnan hyöty näkyy parantuneena
huoltovarmuutena (mm. sairaalat, pankkipalvelut
ja liikenne)
 Yritysten tuotantokatkot lyhenevät

18. 1823/05/2013
VTT luo teknologiasta liiketoimintaa