Influence of the reactive power control on the voltage of the next higher voltage level grid

Abstract

Mit stetig steigender Verbreitung dezentraler Erzeugung in allen Spannungsebenen des Verteilnetzes steigt auch der Einsatz lokaler Q(U) Regler, um gegen Spannungslimitüberschreitungen vorzugehen, immer weiter an. Dies bewirkt einen unkontrollierten Blindleistungsfluss über den Transformator. Diese Masterarbeit untersucht die Effekte der volatilen Einspeisung bei einem hohen Anteil an dezentraler Erzeugung und die daraus resultierenden Zusammenhänge der Spannungen aus dem Hoch- und Mittelspannungsnetz. Zu beginn dieser Arbeit wird der Einfluss eines großen Anteils dezentraler Erzeugung auf das Hoch- und Mittelspannungsnetz des IEEE 30 Bus Test Netzwerks analysiert. Danach wird die Analyse auf ein reales europäisches Verteilnetz ausgeweitet. Dieses hat bereits einen hohen Anteil an dezentraler Erzeugung in einem seiner Mittelspannungsnetze. Die Analyse erfolgt durch Variation der dezentralen Einspeisung. Dabei wird auch ein lokaler Q(U) Regler für die dezentrale Erzeugung eingesetzt und dessen Einfluss auf die Spannungen genau untersucht. Für die Analyse des Mittel- und Hochspannungsnetzes werden Lastflusssimulationen in PSS Sincal durchgeführt. Ergebnisse dieser Arbeit haben gezeigt, dass mit der Erhöhung der dezentralen Einspeisung die Spannung und der Blindleistungsfluss der übergeordneten Spannungsebene beeinflusst werden. Bei einem kleinen Anteil an dezentraler Einspeisung der Gesamterzeugung konnte dieser Effekt nicht beobachtet werden. Der Blindleistungsfluss in der nächsthöheren Spannungsebene ist nicht vorhersehbar, da er von einem lokalen Blindleistungsregler im Mittelspannungsnetz verursacht wird. Dieser Regler ist im Falle von dezentraler Erzeugung aus Wind und Sonne von der aktuellen Spannung im Netz und dem derzeitigen Wetter abhängig.

The penetration of distributed generation is increasing continuously in all voltage levels of the distribution networks. The use of reactive power consumption and injection to suppress voltage violations in the medium voltage level has caused an uncontrolled reactive power flow over the HV/MV transformer. This Master Thesis investigates the volatile power effects and the resulting voltage interdependencies between the high voltage level and the medium voltage level in the presence of a high share of distributed generation. Firstly, the impact on the medium- and the high voltage grid of the IEEE 30 Bus Test Network, is analyzed. Secondly, the investigations are extended to a real European distribution grid, which already incorporates a high share of distributed generation in its medium voltage grid. The analyses are performed by varying the level of distributed generation in the medium voltage grid. The Q(U) local controllers are taken into account and their effect is analyzed in detail. The analyses of the medium- and high voltage grid are performed by load flow simulations in PSS Sincal. Results have shown that with an increasing share of distributed generation the voltage and reactive power flow on the superordinate grid are affected. This phenomenon is not visible for a small distributed generation share. The reactive power flow in the superordinate grid is unpredictable because the local reactive power controller in the medium voltage grid induces it. The reaction of the local controller in the case of wind and photovoltaic distributed generations is a function of the voltage level and the weather conditions.