Selected voltage control methods in LV local distribution grids with high penetration of PV

• Autorzy: Szcześniak, Paweł , Powroźnik, Piotr , Sztajmec, Elżbieta

Warianty tytułu

PL

Wybrane metody regulacji napięcia w lokalnych sieciach dystrybucyjnych niskiego napięcia o dużej penetracji PV

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The growth in new prosumer electricity generators (especially PV) has led to problems with power quality in the low-voltage (LV) distribution network. The main problems occur with the increase of the voltage value above the normative values. This may result in damage to electrical household appliances. The inverters connecting the energy source with the power grid are also switched off. In the scientific literature there can be find a lot of articles describing this problem as well as methods to solve it. The article present selected ways of reducing the voltage of the LV distribution network which are the result of the authors' own research. The results show the use of an energy storage (ES) prototype (100 kW and 100 kWh) to provide voltage regulation services with active and reactive power. Then, the idea of using static compensators or hybrid transformers to regulate the voltage in the LV network by generating additional compensation voltage is presented. The last part of the article concerns the proposal of increasing electricity consumption during the occurrence of a large generation from prosumer installations (demand response). The results of the analysis show that by increasing the demand for energy, the value of the voltage in the grid can be reduced as well as by increasing the amount of energy fed into the grid from renewable energy sources.

PL

Rozwój nowych prosumenckich generatorów energii elektrycznej (zwłaszcza PV) doprowadził do problemów z jakością energii w sieci dystrybucyjnej niskiego napięcia (NN). Główne problemy pojawiają się przy wzroście wartości napięcia powyżej wartości normatywnych. Może to spowodować uszkodzenie elektrycznych urządzeń gospodarstwa domowego. Wyłączane są również falowniki łączące źródło energii z siecią elektroenergetyczną. W literaturze naukowej można znaleźć wiele artykułów opisujących ten problem oraz metody jego rozwiązania. W artykule przedstawiono wybrane sposoby obniżenia napięcia sieci dystrybucyjnej nn będące wynikiem badań autorów. Wyniki pokazują wykorzystanie prototypu magazynu energii (ME) (100 kW i 100 kWh) do realizacji usług regulacji napięcia mocą czynną i bierną. Następnie przedstawiono ideę wykorzystania kompensatorów statycznych lub transformatorów hybrydowych do regulacji napięcia w sieci nn poprzez generowanie dodatkowego napięcia kompensacyjnego. Ostatnia część artykułu dotyczy propozycji zwiększenia zużycia energii elektrycznej w okresie występowania dużej generacji z instalacji prosumenckich (odbiór energii). Wyniki analizy wskazują, że poprzez zwiększenie zapotrzebowania na energię można zmniejszyć wartość napięcia w sieci oraz zwiększyć ilość energii wprowadzanej do sieci z odnawialnych źródeł energii.

Słowa kluczowe

PL

zarządzanie energią; magazyn energii; transformator hybrydowy; statyczne kompensatora

EN

energy management; energy storage; hybrid transformer; static voltage compensator; demand response

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 11
• Strony: 62--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Szcześniak, Paweł

• University of Zielona Góra, Institute of Automatic Control, Electronics and Electrical Engineering, Podgórna 50, 65-246 Zielona Góra,

autor

Powroźnik, Piotr

• Uniwersity of Zielona Góra, Institute of Metrology, Electronics and Computer Science, Podgórna 50, 65-246 Zielona Góra,

autor

Sztajmec, Elżbieta

• Rzeszów University of Technology, Departament of Power Electronics and Power Engineering, 35-959 Rzeszów,

Bibliografia

• [1] Benysek G., Kazmierkowski M.P., Popczyk J., Strzelecki R., Power electronic systems as a crucial part of Smart Grid infrastructure – a survey, Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 59 (2011), No. 4, 455-473
• [2] Hashemi S., Østergaard J., Methods and strategies for overvoltage prevention in low voltage distribution systems with PV, IET Renewable Power Generation, 11 (2017), 205-214
• [3] Faisal M., Hannan M.A., Ker J., Hussain A., Mansor M.B., Blaabjerg F., Review of energy storage system technologies in microgrid applications: Issues and challenges, IEEE Access, 6 (2018), 35143-35164
• [4] Aziz T., Ketjoy N., Enhancing PV penetration in LV networks using reactive power control and on load tap changer with existing transformers, IEEE Access, 6 (2018), 2683-2691
• [5] Carreno A., Perez M., Baier C., Huang A., Rajendran S., Malinowski M., Configurations, Power Topologies and Applications of Hybrid Distribution Transformer, Energies, 14 (2021)
• [6] Kaniewski J., Szcześniak P., Jarnut M., Benysek H., Hybrid voltage sag/swell compensators: a review of hybrid AC/AC converters, IEEE Industrial Electronics Magazine, 9 (2015), No. 4, 37-48
• [7] Siano P., Demand response and smart grids - A survey, Renew. Sustain. Energy Rev, 30 (2014), 461-478
• [8] https://www.gov.pl/web/ncbr/innowacyjne-uslugi-systemowe-magazynow-energii
• [9] Majumder R., Aspect of voltage stability and reactive power support in active distribution, IET Generation, Transmission & Distribution, 8 (2014), 442-450
• [10] Zimann J.F., Batschauer A.L., Mezaroba M., Neves F.A.S., Energy storage system control algorithm for voltage regulation with active and reactive power injection in low-voltage distribution network, Electric Power Systems Research, 174 (2019), 105825
• [11] Smoleński R., Szcześniak P., Drożdż W., Kasperski Ł., Advanced metering infrastructure and energy storage for location and ˙mitigation of power quality disturbances in the utility grid with high penetration of renewables, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 157 (2022)
• [12] Leżyński P., Szcześniak P., Waśkowicz B., Smoleński R., Drożdż W., Design and Implementation of a Fully Controllable Cyber-Physical System for Testing Energy Storage Systems, IEEE Access, 7 (2019), 47259-47272
• [13] Kaniewski J., Fedyczak Z., Szcześniak P., Three-phase hybrid transformer using matrix-chopper as an interface between two AC voltage sources, Archives of Electrical Engineering, 63 (2014), No. 2, 197-210
• [14] Szcześniak P., A modelling of AC voltage stabilizer based on a hybrid transformer with matrix converter, Archives of Electrical Engineering, 66 (2017), No. 2, 371-382
• [15] Szcześniak P., Tadra G., Kaniewski J., Fedyczak Z., Model predictive control algorithm of AC voltage stabilizer based on hybrid transformer with a matrix converter, Electric Power Systems Research, 170 (2019), 222-228
• [16] Kaniewski J., Power flow controller based on bipolar direct PWM AC/AC converter operation with active load,. Archives of Electrical Engineering, 68 (2019), No. 2, 341-356
• [17] Powroźnik P., Szcześniak P., Piotrowski K., Elastic energy management algorithm using IoT technology for devices with smart appliance functionality for applications in smart-grid, Energies, 15 (2022), No. 1
• [18] Powroźnik P., Szcześniak P., Turchan K., Krysik M., Koropiecki I., Piotrowski K., An elastic energy management algorithm in a hierarchical control system with distributed control devices, Energies, 15 (2022), No. 13
• [19] Chmielowiec K., Topolski Ł., Piszczek A., Hanzelka Z., Charakterystyki inwerterów fotowoltaicznych w świetle zapisów kodeksu sieciowego oraz wymagań polskich operatorów systemów dystrybucyjnych, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), No. 4, 81-87

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.11.11