Uusiutuvan sähköenergiantuotannon osuus on kasvanut viime vuosina merkittävällä tahdilla. Valtaosa tästä tuotannosta kytkeytyy sähköverkkoon vaihtosuuntaajalla, jonka tehtävänä on sovittaa tuotettu teho sähköverkollemme sopivaan muotoon. Tehoelektroniikkalaitteille tyypillisesti vaihtosuuntaajien dynamiikka on erittäin nopeaa verrattuna perinteisiin pyöriviin generaattoreihin, säätimien taajuuskaistojen ulottuessa jopa kilohertsien taajuuksille saakka. Lisäksi pyörivän massan puuttuessa myös järjestelmän inertia, joka vastustaa nopeita taajuuden muutoksia, pienenee. Vaihtosuuntaajien lukumäärän ja kokoluokan kasvaessa sähköverkon dynamiikka muuttuu nopeammaksi ja vaikeammin hallittavaksi, ja suurten aurinko- ja tuulijärjestelmien yhteydessä onkin havaittu sähkönlaatuongelmia. Joissain tapauksissa nämä virran ja jännitteen vääristymät ovat kasvaneet hallitsemattomaksi värähtelyksi, joka voi vaurioittaa sähkölaitteita ja -järjestelmää, sekä vaatii järjestelmän uudelleenkäynnistyksen. Näiden ongelmien taustalla on usein ollut rinnakkaisten vaihtosuuntaajien tahaton ja hallitsematon vuorovaikutus toistensa ja sähköverkon kanssa, niin kutsuttu harmoninen resonanssi. Vaihtosuuntaajien monimutkaisen säätöjärjestelmän vuoksi ongelmat ovat vaikeita ennustettavia, sillä tarkkoja ja tehokkaita menetelmiä haasteiden ennustamiseen ei toistaiseksi ole. Tämän väitöstyön tarkoituksena on kehittää mallinnusmenetelmiä vaihtosuuntaajien ja sähköverkon vuorovaikutukselle, sekä vertailla ja arvioida erilaisia lähestymistapoja ongelman ratkaisuun. Mainittujen haasteiden syntymekanismien aiempaa tarkempi ennustettavuus ehkäisee lähekkäisten vaihtosuuntaajien vuorovaikutukseen liittyviä ongelmia, mikä on välttämätön edellytys uusiutuvan sähköntuotannon osuuden kasvattamisessa.

2019