PV Wind in the Power of Voltage...

18
Assessment of PV and Wind Microgeneration’s Impact in the Power Quality of Low and Medium Voltage Distribution Networks Paulo Bonifácio Luis Rodrigues, Susana Viana and Ana Estanqueiro

Transcript of PV Wind in the Power of Voltage...

Assessment of PV and Wind Microgeneration’s Impact in the Power Quality of Low and Medium Voltage Distribution Networks

Paulo Bonifácio Luis Rodrigues, Susana Viana and Ana Estanqueiro

Contextualization

ElectricVehicles

Non linear Loads

Energy Quality Problems: HARMONICS!

Transformer Heating

Resonance Conditions Greater Losses

μGeneration

Characterization:Harmonic Load Flow (HLF)

GreaterData 

Volume

Greater Complexity

Solution: Intelligent 

Domestic Agent (IDA)

Bonifácio, et al, SIW 12

Objectives – REIVE Project:

• Analyse the Impact of Microgeneration and Electric Vehicles integration in the low voltage grid and in Power :

– Access Total Harmonic Distortion (THD).– Evaluate Neutral currents.– LNEG: Access flicker levels and dynamic voltageprofile in local distribution network.

Bonifácio, et al, SIW 12

Developed Work• Development  of a Harmonic Load Flow Tool (TEH) for 3‐phase 

Balanced networks – Matlab.• Development of a Modular Reconfigurable Consumer Model –

IDA. • Creation of a Power Quality Assessment Tool: 

• Low Voltage 3‐phase networks.• Balanced and Unbalanced• 1 & 3‐phase consumers.• Implementation in Matlab/Simulink.

Bonifácio, et al, SIW 12

Single‐Phase Domestic Load Model

Intelligent Domestic Agent – IDA :– Household Loads (HH).– Non Linear Loads.

• Electric Vehicles(EV).

– Microgeneration• Photovoltaic Generator (PV).• Wind Turbine Generator (WTG).

Connection PointTo Low VoltageNetwork

Bonifácio, et al, SIW 12

IDA ‐ Components

• I – Current Injection/Consumption  Models• Fundamental and Harmonic currents represented through ideal current sources.

• Individual Input/output current spectrum for each Power Converter connected to the grid.

• II – Physical Models• Modelling of the behaviour of the components with fluctuations of renewable resources.

Bonifácio, et al, SIW 12

Model Validation – Balanced/ Unbalanced  Networks

Bonifácio, et al, SIW 12

Test Network I

REIVE ‐ Tarefas 2 e 3

Test Network II

Challenges• 6 lines to substation.• 142 clients 1 or 3‐phase.• Imprecise data regarding 

the connection of single‐phase clients.

Solutions• Aggregation of single‐phase 

loads in a single ADI for each phase and for each bus bar.

• Aggregation of 3‐phase loads in a single load for each bus bar.

• Sequential distribution of the ADIs for each line.

Bonifácio, et al, SIW 12

Network Model ‐ I

Bonifácio, et al, SIW 12

Test Methodology

Bonifácio, et al, SIW 12

Voltage FFT

Current FFT

Test CasesCase  ConditionsI • Only Loads – peak cenario

II • Loads – 25 % of peak load• Electric Vehicles – all single‐phase loads

III• Loads – 25 % of peak load• Electric Vehicles – all single‐phase loads• Microgeneration – 1 source for each bus bar

IV• Loads – 25 % of peak load• Electric Vehicles – 1 per bus• Microgeneration – all single‐phase loads

Bonifácio, et al, SIW 12

Case III and IV ‐ Branching

Bonifácio, et al, SIW 12

Utilization of Real World Signals Obtained form LV – PV Inverters.• Cases:

• (T) – Theoretical Model.• (S) – Current Model for Device 1. • (F) – Current Model for Device 2.

Results – Transformer (LV‐Side)

Bonifácio, et al, SIW 12

0.988

0.990

0.992

0.994

0.996

0.998

1.000

I II III (T) IV (T)

Volta

ge  (p.u.)

Case

Ph1 Ph2 Ph3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

I II III (T) IV (T)

THDv  (%

)

Case

Ph1 Ph2 Ph3

11.51 10.34

99.89

154.50

0

50

100

150

200

250

300

350

I II III (T) IV (T)

Curren

t(A)

Case

Ph1 Ph2 Ph3 N

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

I II III (T) IV (T)

THDi(%)

Case

Ph1 Ph2 Ph3

Different Device Signals

Bonifácio, et al, SIW 12

0.9910.9920.9930.9940.9950.9960.9970.9980.9991.000

IV (T) IV (S) IV (F)

Volta

ge (p

.u.)

Case

F1 F2 F3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

IV (T) IV (S) IV (F)

THDV (%

)

Case

F1 F2 F3

0

50

100

150

200

250

IV (T) IV (S) IV (F)

Corren

te (A

)

Case

F1 F2 F3

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.0

IV (T) IV (S) IV (F)

THDi(%

)

Case

F1 F2 F3

Voltage THD Comparison

Bonifácio, et al, SIW 12

THD – According to IEC 61000‐2‐2 – 50th Harmonic – 2500 Hz

THD – Full Harmonic Spectrum – 21 kHz

Values for Case IV(F)at Bus 5

Conclusions

• Voltage and Current Total Harmonic DistortionValues are conforming to IEC 61000‐3‐2,EN50160 standards.

• Results present a significant contribution aspre‐normative recommendation inconsidering high frequency harmonicsacquired from real device measurements(f>40).

Bonifácio, et al, SIW 12

Thanks For Your Time