Vu Van Thong and Johan Driesen
Извор: Приручник квалитета Повер Уредио Ангело зезали, Вилеи & Синови, Доо
1.0 DISTRIBUTION NETWORK
A segment of an existing Belgian medium-voltage distribution system is used to study the power quality and voltage stability with different distributed generation (ДГ) технологије (Figure C16.1). The system includes one transformer of 14 МВА, 70/10 kV and four cable feeders. The primary winding of the transformer is connected to the transmission grid and can be considered as an infinite node. Normal operation of the distribution system is in radial mode and the connections at node 111 with feeders 2, 3 и 4 are normally open.
2.0 STEADY-STATE VOLTAGE RISE
A DG unit is connected at node 406 of feeder 4. It can be a synchronous or induction generator. The total load in the system is 9.92 MW, 4.9 Mvar. Both synchronous and induction generators are simulated at different output power at 3 MW and 6 MW. Синхрони генератор има фактор снаге од 0.98 (убризгавање реактивне снаге у мрежу). Индукциони генератор има фактор снаге од 0.95 (трошење реактивне снаге из мреже). У поређењу са основним кућиштем без прикљученог ДГ, активна снага ДГ подиже напоне у фидеру 4 (Слика Ц16.2). За синхрони 6 MW, долази до пренапона у чвору 406 и њених суседа.
Слика Ц16.3 илуструје како је напон на чвору 406 промене са различитим генерисаним факторима снаге и снаге. У поређењу са случајем где ДГ убризгава само активну снагу или ради са фактором снаге унити, синхрони генератори подижу напон система брже због подршке реактивне снаге. За индукционе генераторе, пораст напона је мањи, а на одређеном нивоу производње електричне енергије напон почиње да опада. This is due to the fact that induction generators need reactive power, being negative in (16.4), yielding a reduction in the voltage rise.
Through this study, DG can improve and support the voltage profile of the distribution system. It can be seen that the impact of induction is less serious than with synchronous generators in terms of voltage rise (Figure C16.4). If there is an overvoltage in the system with the synchronous generator, it has to operate with underexcitation and to absorb reactive power instead of injecting it into the system.
3.0 VOLTAGE FLUCTUATIONS
In order to illustrate the voltage fluctuation problem with DG, a photovoltaic (ПВ) system is used. Реактивну снагу производи кондензатор мрежног филтера претварача и скоро је константна, па се фотонапонски систем третира као чвор квалитета електричне енергије са негативном снагом. ПВ снага се израчунава из просечних 5с података о зрачењу измерених током једне године у Леувену, Белгија. У овој студији, ПВ низ са 50 кВ номинална вршна снага је повезана на чвор 304. Слика Ц16.5 приказује једносатну излазну снагу фотонапонског система у подне у благо облачном летњем дану. Да би се изоловао утицај флуктуације напона ПВ-а од краткотрајне варијације оптерећења на појединачним чворовима, оптерећења се претпостављају константним током прорачуна. The total load in the system is 4.4 MW, 1.9 Mvar. На слици Ц16.6, флуктуација напона одговара флуктуацијама убризгане активне снаге ПВ система.
At times when clouds cover the sun, the power generated can quickly drop by 60 %, causing sudden variations in node voltages in the range of 0.1 %. The installed capacity of PV in this study is rather low compared to the capacity of the distribution system and the loads, so the value of voltage fluctuation is quite low. Међутим, with a high connection density or the connection of a large PV system, the voltage fluctuation problem might become severe [27].
DG with fluctuating power output as in wind or photovoltaic systems may introduce stochastic fluctuations, and flicker, in the grid voltage in the range of seconds up to an hour [10]. Depending on the power output of DG, in combination with distribution network characteristics and load profiles, over-or undervoltages of several-minutes’ persistence might occur. In that case, the introduction of DG might be combined with load management and storage.
4) VOLTAGE DIP
4.1 Opening One Branch
In order to investigate the interaction between DG technologies and different load characteristics, a total DG capacity of 30 % of the total system load is equally distributed at nodes 108, 204 и 406. Simulations have been carried out for induction and synchronous generators. One of the 1–2 lines is opened at t = 100 с. The distributed generators are connected at nodes 108, 204 и 406 with a rated power of 1 MW for both synchronous and induction generators.
The voltage dips are highest with a constant power load characteristic and lowest with an impedance load characteristic for both synchronous and induction generators (Figure C16.7 and Figure C16.8). With the synchronous generators, after a short voltage dip, the voltage recovers close to its initial value. За индукционе генераторе, the voltage does not recover due to the lack of reactive power support. There is not so much difference between a voltage dip in the base case and with DG, being around 1 %. So the connection of DG in the distribution system does not significantly affect the dynamic voltage stability, и, in most cases, it reduces the value of the voltage dip.
4.2 Generator Start-up
In order to see the voltage dip problem when a DG unit starts up, an induction generator connected at node 108 with rated power of 3 MW is tested at a lagging power factor of
0.9. Ова симулација показује колико велики утицај може бити у екстремном случају када купац има велику индукциону ДГ јединицу и не следи исправан метод покретања. Када се индукциони генератор покрене, изазива прелазни процес и пад напона до 40 % у систему у трајању од неколико секунди (Слика Ц16.9). То је због иницијалног пролазног удара магнетизирања и преноса снаге да се генератор доведе до његове радне брзине [12]. Ово доводи до великог проблема за осетљива оптерећења повезана у близини ДГ јединице. Ако је дистрибутивни систем опремљен поднапонским релејем и ДГ јединица има оточну заштиту, пад напона може да доведе до квара заштитног релеја што резултира испадом система. За велике повезане индукционе ДГ потребно је коло меког покретања.
5 STATIC VOLTAGE STABILITY
Проучава се напонска стабилност дистрибутивних система за синхроне и индукционе генераторе са три прикључне тачке ДГ јединица у чворовима. 108, 2 и 406. Резултати ова три случаја студије се упоређују један са другим и основним случајем без икакве везе са ДГ.
Укупно оптерећење система је 9.92 MW, 4.9 Мвар са чисто импедансном карактеристиком оптерећења. Инсталисани капацитет јединица ДГ у свим случајевима је 3 MW. Стабилност напона у чвору 111, крај хранилице 1, се проучава. То је најудаљенија тачка од трафостанице и најслабија тачка напона у смислу стабилности напона. Запажа се у [17] да за прорачун напона и анализу стабилности напона радијалног система, може се користити модел оптерећења са константном импедансом. It is also observed that the voltage stability of the network has similar characteristics with different load models (constant impedance, струјна и струјна оптерећења). Утицај стабилности напона ДГ са константним оптерећењем импедансе је илустрован.
Кроз студије, ДГ се генерално показује да повећава напон и подржава стабилност система (Слика Ц16.10 и Слика Ц16.11). Локација ДГ има велики утицај на стабилност напона система. У зависности од тачака прикључка, утицаји ДГ јединица на стабилност напона су различити. ДГ снажно подржава стабилност напона на оближњим чворовима (кућиште са ДГ јединицом спојеном на чвор 108) а има мање утицаја на удаљене (кућиште са ДГ јединицом спојеном на чвор 2 или 406), када се гледа у чвор 111. Ово важи и за друге карактеристике оптерећења и друге чворове у систему.
Синхрони генератор има велики утицај на стабилност напона због своје способности размене реактивне снаге. С друге стране, утицај ДГ базираног на индукционом генератору на стабилност напона је мањи и има ограничену корист због потражње за реактивном снагом. Међутим, има значајан утицај када је повезан близу чвора 111, сматра се слабијим подручјем. Ово се може разумети јер се активна снага не преноси на велике удаљености од трафостанице, што резултира смањењем пада напона на фидеру, чиме се подржава стабилност напона. This allows the distribution system to withstand higher loading conditions and defers the construction or upgrade of new transmission and distribution infrastructures.
Библиографија
[1] Ackermann T., Andersson G., Soder, L., Дистрибутед генерација: a definition. Electric Power System Research, лет. 57, ПП. 195–204, 2000.
[2] Арриллага Ј, Вотсон Н. Р., Computer modelling of electrical power systems, John Willey & Синови, Доо, Цхицхестер, 2001.
[3] Barker P. П, De Mello R. В., Determining the impact of distributed generation on power systems: Део 1 – Radial distribution systems. PES Summer Meeting, ИЕЕЕ, Лет. 3, ПП. 1645–1656, 2000.
[4] Belmans R., Michiels W., Vandenput A., Geysen W., Transient torques in wind turbine driven induction generators. Symposium on Electric Power Systems in Fast Developing Countries, Саудијска Арабија, ПП. 563–567, 1987.
[5] Bollen M. Х. Ј. and Hager M., Снага квалитет: integrations between distributed energy resources, the grid, and other customers. Electrical Power Quality and Utilization Magazine, лет. 1, не. 1, ПП. 51–61, 2005.
[6] Brown R. Е., Electric power distribution reliability, Марцел Деккер, Њујорк, 2002.
[7] Chen T. H., Chen M. С, Inoue T., Kotas P., Chebli E. О, Three-phase cogenerator and transformer models for distribution system analysis. ИЕЕЕ Трансацтионс он Повер Деливери, лет. 6, не. 4, ПП. 1671–1681, 1991.
[8] Eurostag, package document, part I, Tractebel & Electricité de France, 2002.
[9] Grigsby L. L., The electric power engineering handbook, ЦРЦ Пресс & ИЕЕЕ, Боца Ратон, FL, 2001.
[10] Haesen E., Espinoza M., Pluymers B., Goethals I., Vu Van T., Driesen J., Belmans R., De Moor B., Optimal placement and sizing of distributed generator units using genetic optimization algorithms. Electrical Power Quality and Utilisation Journal, лет. xi, не. 1, ПП. 97–104, 2005.
[11] ИЕЕЕ П1547, Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems, 2003.
[12] Jenkins N., Allan R., Crossley P., Kirschen D., Strbac G., Embedded Generation, IEE, London, 2000.
[13] Jensen K. К., Guidelines on grid connection of wind turbines. CIRED International Conference on Electric Power Distribution Engineering, Француска, Јун 1999.
[14] Kundur P., Power system stability and control; МцГрав-Хилл, Њујорк, 1994.
[15] Мерење и процена квалитета снага карактеристика мреже повезан ветрогенератора, IEC Standard, CIE/IEC 61400-21, 2001.
[16] Pepermans G., Driesen J., Haeseldonckx D., Belmans R., D’Haeseleer W., Дистрибутед генерација: definition, benefits and issues. Energy Policy, лет. 33, не. 6, ПП. 787–798, 2005.
[17] Ranjan R. and Venkatech B., Voltage stability analysis of radial distribution networks. Electric Power Components and Systems, лет. 31, не. 5, ПП. 501–511, 2003.
[18] Scott N. Ц., Atkinson D. Ј, Morrell J. Е., Use of load control to regulate voltage on distribution networks with embedded generation. IEEE Transactions on Power Systems, лет. 17, не, 2, ПП. 510–515, 2002.
[19] Technical requirements for connection of dispersed generating systems operating in parallel on the distribution network, Document C10/11 of the FPE/BFE, Белгија, 7 Мај 2002.
[20] The NRECA Guide to IEEE 1547, Application guide for distributed generation interconnection, 2006.
[21] Vu Van T., Impact of distributed generation on power system operation and control. PhD Thesis, Katholieke Universiteit Leuven, 2006.
[22] Vu Van T., Belmans R., Distributed generation overview: current status and challenges. International Review of Electrical Engineering (IREE), лет. 1, не. 1, ПП. 178–189, 2006.
[23] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Impacts of embedded generation on voltage stability of distribution system. Universities Power Engineering Conference, Thessaloniki, Грчка, Септембар 2003.
[24] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Interconnection of distributed generators and their influences on power system. International Energy Journal, лет. 6, не. 1, део 3, ПП. 127–140, 2005.
[25] Vu Van T., Driesen J., Belmans R., Power quality and voltage stability of distribution system with distributed energy resources. International Journal of Distributed Energy Resources, лет. 1, не. 3, ПП. 227–240, 2005.
[26] Woyte A., Design issues of photovoltaic systems and their grid integration. PhD Thesis, Katholieke Universiteit Leuven, 2003.
[27] Woyte A., Vu Van T., Belmans R., Nijs J., Voltage fluctuations on distribution level introduced by photovoltaic systems. IEEE Transactions on Energy Conversion, лет. 21, не. 1, ПП. 202-209, 2006.