Impact of transformer placement on the behaviour of low-voltage grid-links with high PV share and houses with modern equipment

Abstract

Diese Arbeit untersucht Herausforderungen, die sich aus dem zunehmenden Anteil der dezentralen Erzeugung in Niederspannungsnetzen ergeben. Die Erhöhung der eingespeisten Wirkleistung durch das Netz erhöht die Spannung, wodurch die obere Spannungsgrenze verletzt werden kann. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit diesen Spannungsverletzungen umzugehen. In dieser Arbeit werden die Auswirkungen des Längsreglers in Niederspannungsnetzen und des Verteilnetztransformators mit Laststufenschalter untersucht. Europäische Verteilungsnetze sind das Untersuchungsobjekt. Es werden zwei verschiedene Arten von Verteilungsnetzen simuliert: ein sehr großes städtisches und ein ländliches Netz. Kundenanlagen, die in diesen Netzen angeschlossen sind, weisen drei Besonderheiten auf: In jeder von ihnen ist eine Dachanlage installiert; sie gelten als Q-Autark (Blindleistung autark); und um über moderne elektronische Geräte wie LED usw. zu verfügen, setzt die Q-Autarkie Regelung der Kundenanlagen den Austausch von Blindleistung zwischen den Kunden und dem Niederspannungsnetz auf Null. Während die Elektronik das Lastverhalten von induktiv auf kapazitiv ändert. Somit verbrauchen oder speisen die Kundenanlagen Wirkleistung aus oder in das Netz ein. Mit SINCAL werden Leistungsflusssimulationen durchgeführt. Letztere werden für drei verschiedene Zeitpunkte des Lastprofils durchgeführt: Mittag, 12:00 - maximale PV-Einspeisung ins Netz; Nachmittag, 17:00 Uhr - Last mit maximalem induktivem Verhalten; keine PV-Einspeisung ins Netz; abends 22:00 - laden mit maximal kapazitivem verhalten. Drei verschiedene Spannungen auf der Primärseite des Verteilernetztransformators werden berücksichtigt: 0,96, 1,01 und 1,06 p.u. Die Ergebnisse zeigen, dass Spannungsverletzungen nahe am Abzweig beginnen. Infolgedessen werden die LVRs in der Nähe der Niederspannungssammelschiene des DTR installiert. Unter diesen Bedingungen wird die Auswirkung eines mit OLTC aktualisierten DTR untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass in beiden Fällen (Verwendung von LVRs oder OLTC-DTR) die Belastung des DTR im ländlichen und großen städtischen Netz leicht zunimmt. Dieser Anstieg ist beim OLTC-DTR etwas größer als beim LVR. In allen Fällen ist der Blindleistungsaustausch und -verlust bei Verwendung des OLTC-DTR höher. Der Einsatz von Q-Autarkie zeigt im Vergleich zu keiner Q-Autarkie etwas höhere Spannungen, aber deutliche Vorteile gegenüber dem Blindleistungsaustausch mit dem überlagerten Netz (Mittelspannungsnetz), Verlusten und der Belastung des Verteilnetztransformators. Der induktive Leistungsaustausch mit dem überlagerten Netz ist mindestens halbiert, während das kapazitive Verhalten der Last am Abend verschwindet.

This thesis investigates challenges emerging from the increasing share of distributed generation in low voltage grids. The increase of the injected active power through the grid boosts the voltage, which may violate the upper voltage limit. There are several ways to handle those voltage violations. In this thesis the impact of the line voltage regulator and the distribution grid transformer equipped with on-load-tap-changer are investigated. European distribution grids are the study object. Two different types of distribution grids are simulated: a real large urban and a rural grid. Customer plants connected in these grids have three special features: In each of them a rooftop facility is installed; they are considered to be Q-Autarkic (reactive power self sufficient); and to have modern electronic equipment like LED, etc. the Q-Autarky feature of customer plants sets the exchange of reactive power between the customers and the low voltage grid to zero. While the electronic equipment change the load behaviour from inductive to capacitive. SINCAL is used to perform power ow simulations. Thus the customer plants consume or inject active power from or into the grid. Simulations are performed for three different time points of the load profile: Midday, 12:00 - maximum PV injection into the grid; afternoon, 17:00 - load with the maximum inductive behaviour; no PV injection into the grid; evening, 22:00 - load with the maximum capacitive behaviour. Three different voltage on the primary side of distribution grid transformer are considered: 0.96, 1.01 and 1.06 p.u. Results show that voltage violations appear close to the feeder begin. As a result, the LVRs are installed close to the low voltage bus bar of the DTR. In these conditions the effect of a DTR upgraded with OLTC is investigated. Results show that in both cases (use of LVRs or OLTC-DTR) the loading of the DTR in the rural and large urban grid slightly increases. This increase is a bit larger for OLTC-DTR than for LVR. In all cases the reactive power exchange and loss results higher when using the OLTC-DTR. The use of Q-Autarky shows slightly higher voltages compared to the case of no Q-Autarky but shows significant advantages over the reactive power exchange with the overlaid grid (medium voltage grid), losses and the loading of the distribution grid transformer. The inductive power exchange with the overlaid grid is at least halved, while the capacitive behaviour of the load in the evening disappears.