Неравнотежа напона у мрежама богатим ДЕР - када соларни ПВ помаже, а када не
| Мрежа | IEEE European LV Test Feeder — 55 load buses, 0.416 kV nominal |
| DER integrated | 40 single-phase PV panels, 2.5 kW each — 100 kW total, grid-following inverters |
| Three load scenarios | Ниско, medium, and high phase imbalance — same total load, different phase distribution |
| Key paradox | PV integration reduced unbalance in the medium-imbalance scenario but worsened it in the low-imbalance scenario |
| Проблем са мерењем | IEEE PVUR1 and PVUR2 indices can overestimate VUF by a factor of 10× — making them unreliable for DER-rich networks |
| Most accurate index | ЦИГРЕ фактор неуравнотежености = тачна преформулација правог ИЕЦ ВУФ-а — користећи само величине линијског напона |
| Алат који се користи | ОпенДСС анализа тока снаге на ИЕЕЕ европском ЛВ тест фидеру |
| Извор | Zabihi, Badesa & Хернандез, арКсив:2505.23435, Политехнички универзитет у Мадриду, Мај 2025 |
01 Контекст — два проблема у једном
Како се дистрибуирани енергетски ресурси размножавају на нисконапонским дистрибутивним мрежама, Инжењери квалитета електричне енергије суочавају се са два повезана, али различита изазова. Први је физички проблем: single-phase PV panels, ЕВ пуњачи, и системи за складиштење батерија се повезују неравномерно преко три фазе дистрибутивног довода, стварање или модификовање неравнотеже напона на начине које конвенционална анализа мреже није морала да предвиди. Други је проблем мерења: постојећи портфељ индекса неравнотеже напона — дефинисан од стране ИЕЕЕ, ИЕЦ, НЕМА, и ЦИГРЕ током деценија развоја стандарда — не реагују сви на исти начин на одступања фазног угла које ДЕР уводи, а неки могу дати погрешно велика или мала очитавања у зависности од услова мреже.
Ова студија случаја представља налазе а 2025 студија Забихи, Badesa, и Хернандез на Политехничком универзитету у Мадриду (УПМ), који је истовремено истраживао оба проблема на ИЕЕЕ Еуропеан ЛВ Тест Феедер-у — 55-бус, 0.416 кВ мрежа која представља реалну европску нисконапонску дистрибутивну конфигурацију. Два кључна налаза студије су: прво, да ПВ интеграција може или погоршати или побољшати неравнотежу напона у зависности од основне дистрибуције оптерећења; и друго, да уобичајено коришћени ИЕЕЕ ПВУР1 и ПВУР2 индекси могу преценити прави ВУФ за фактор од 10× или више, чинећи их непоузданим као алатима за планирање за мреже богате ДЕР-ом.[1]
Комунална предузећа која планирају ДЕР интеграцију на НН доводе рутински користе поједностављене индексе неравнотеже напона да би проценили усклађеност са 2% ВУФ граница. Ако индекс који се користи може преценити прави ВУФ за 10×, фидер који је у ствари усаглашен може изгледати неусаглашено - изазивајући скупо ублажавање које није потребно. Обрнуто, ако индекс потцењује ВУФ (као што ЛВУР ради у одређеним сценаријима), може изгледати да прође неусаглашени хранилац. Избор мерног индекса није технички детаљ – он директно утиче на одлуке о улагању које могу достићи милионе долара по хранилици.
02 Проблем индекса мерења
Различите организације за стандардизацију тренутно користе пет индекса неравнотеже напона. Они се суштински разликују по ономе што мере, како га мере, и колико тачно они апроксимирају прави фактор неуравнотежености напона у стварним мрежним условима:[1]
| Index | Стандард | Input required | Тачност вс. ВУФ (1–2% range) | Phase angle included? |
|---|---|---|---|---|
| ВУФ (истина) | ИЕЦ / ИЕЕЕ 1159 | Phase voltage magnitudes + angles | Упућивање (1.000) | Да |
| ЦИГРЕ | ЦИГРЕ | Line voltage magnitudes only | Exact (1.000) | Да (implicitly) |
| ЛВУР | НЕМА | Line voltage magnitudes only | 0.866 - 1.005 | Partially |
| ПВУР1 | ИЕЕЕ Стд 141 | Phase voltage magnitudes only | 0 – 10.7× | Не |
| ПВУР2 | ИЕЕЕ Стд 112 / 936 | Phase voltage magnitudes only | 0 – 16.1× | Не |
Both PVUR1 and PVUR2 use only phase voltage magnitudes — they completely ignore phase angle deviations. In a conventional balanced network with symmetrical loads, одступања фазног угла су мала и ово поједностављење уноси само мању грешку. Али једнофазни ПВ панели, једнофазни ЕВ пуњачи, и неједнако распоређена једнофазна оптерећења стварају одступања фазног угла која су упоредива по величини са одступањима величине напона. У овом режиму, ПВУР1 и ПВУР2 могу да врате вредности за ред величине различите од правог ВУФ — у било ком смеру. Коришћење ових индекса за процену усклађености интеграције ДЕР-а је инжењерска грешка.
03 Три сценарија неравнотеже — исто оптерећење, Дифферент Пхасе Дистрибутион
Студија је користила три сценарија оптерећења на ИЕЕЕ Еуропеан ЛВ Тест Феедер — сваки са приближно истим укупним оптерећењем (~160–170 кВ) али са различитим дистрибуцијама у три фазе, стварајући ниско, medium, и високог почетног неравнотежа напона:[1]
| Сценарио | Фаза А удео оптерећења | Фаза Б удео оптерећења | Фаза Ц удео оптерећења | ВУФ мак (пре ПВ) | ВУФ меан (пре ПВ) |
|---|---|---|---|---|---|
| И — Ниска неравнотежа | 31.7% | 39.5% | 28.8% | 0.982% | 0.787% |
| ИИ — Средња неуравнотеженост | 22.2% | 31.5% | 45.3% | 1.625% | 1.255% |
| ИИИ — Висока неуравнотеженост | 22.1% | 59.3% | 18.6% | 2.081% | 1.558% |
Сценарио ИИИ са ВУФ максимумом од 2.081% већ премашује ЕН 50160 граница планирања од 2% пре него што се дода било који ДЕР. Сценарио И и ИИ су у границама. Питање којим се студија бави је: шта се дешава са овим нивоима неравнотеже када 40 на мрежу се додају монофазни ПВ панели?
04 ПВ интеграција — контраинтуитивни резултат
40 монофазни ПВ панели на 2.5 kW each — 100 kW total, Грид-фолловинг тип — додато је у ИЕЕЕ Европски ЛВ Тест Феедер и неравнотежа напона је поново израчуната за сва три сценарија. Резултати су били контраинтуитивни:[1]
| Сценарио | ВУФ значи пре ПВ | ВУФ значи после ПВ | Промена | Ефекат |
|---|---|---|---|---|
| И — Ниска неравнотежа | 0.787% | 0.963% | +22% | Погоршано |
| ИИ — Средња неуравнотеженост | 1.255% | 0.702% | −44% | Побољшано |
| ИИИ — Висока неуравнотеженост | 1.558% | 1.484% | −5% | Маргинални |
Контраинтуитивни резултат у сценарију И јавља се зато што 40 једнофазни ПВ панели су распоређени у три фазе независно од расподеле оптерећења. У сценарију И, оптерећење је већ разумно избалансирано (31.7/39.5/28.8%). Додавање 100 кВ производње која је сама по себи неравномерно распоређена по фазама уводи нови извор асиметрије — фазну дистрибуцију производње — која додаје, а не поништава постојећу неравнотежу оптерећења. У сценарију ИИ, оптерећење је значајно искривљено (22.2/31.5/45.3%), а дистрибуција ПВ фазе убризгава више производње у фазу преоптерећења, делимично надокнађујући постојећу неравнотежу. Нето ефекат у потпуности зависи од тога колико добро дистрибуција ПВ фазе одговара обрнутој од дистрибуције фазе оптерећења — параметар који комунална предузећа ретко контролишу у процесима одобравања стамбених прикључака.
05 Перспектива квалитета струје
Ова студија доноси два налаза која би директно требало да промене начин на који комунална предузећа приступају планирању интеграције ДЕР. Први - да ПВ може погоршати неравнотежу напона у већ избалансираним фидерима - поништава уобичајену претпоставку да је дистрибуирана производња неутрална или корисна за неравнотежу. Други – да су ИЕЕЕ ПВУР1 и ПВУР2 индекси непоуздани у мрежама богатим ДЕР – има непосредне импликације за било које комунално предузеће које још увек користи ове индексе за процену усклађености ЛВ фидера.
Налаз индекса мерења је најхитнији. ПВУР1 и ПВУР2 се широко користе у северноамеричкој комуналној пракси јер захтевају само мерење величине напона — лако доступно из постојећих мерења. ЦИГРЕ индекс и прави ИЕЦ ВУФ захтевају мерење било које фазе (за ВУФ) или прорачуне напона између линије (за ЦИГРЕ), оба су доступна од савремених инструмената за квалитет електричне енергије, али не и од стандардних бројила енергије. Практична последица је да комунална предузећа која користе ПВУР индексе за процену усклађености интеграције са ДЕР можда доносе погрешне одлуке — или блокирају усаглашене везе или одобравају оне које нису усклађене — на основу артефакта мерења, а не стварног физичког стања.
Ова студија формализује оно што искусни ПК инжењери неформално знају годинама: битан је избор индекса неуравнотежености напона, и то је важније у окружењима богатим ДЕР него у конвенционалним мрежама. Из перспективе комуналног ПК инжењеринга, прави приступ за процену неуравнотежености НН фидера у сценаријима са високим ДЕР је коришћење ЦИГРЕ индекса — он је рачунарски доступан (захтева само величине линијског напона, доступно са било ког инструмента класе А ПК), математички тачно (идентичан резултат правом ВУФ), и избегава захтев за мерење фазног угла који отежава имплементацију ИЕЦ дефиниције у стандардним применама праћења. Чињеница да ЦИГРЕ није усвојен у северноамеричким стандардима је историјски случај, није одраз његове техничке вредности.
Референце
- Забихи А, Село Л, Хернандез А. “Евалуација метрике неравнотеже напона у дистрибутивним мрежама са високом пенетрацијом ДЕР.” арКсив:2505.23435, Политехнички универзитет у Мадриду (УПМ), Мај 2025. Доступан: аркив.орг/абс/2505.23435
- У 50160:2010+А3:2019. Напонске карактеристике електричне енергије коју испоручују јавне електричне мреже. ЦЕНЕЛЕЦ, Брисел.
- ИЕЕЕ Стд 1159-2019. ИЕЕЕ препоручена пракса за праћење квалитета електричне енергије. ИЕЕЕ, Њујорк, НИ, 2019.
- ИЕЦ 61000-4-30:2015+АМД1:2021. Електромагнетна компатибилност — Део 4-30: Методе мерења квалитета електричне енергије. ИЕЦ, Женева.
- НЕ МГ-1-2021. Мотори и генератори. Национално удружење произвођача електричне енергије, Росслин, ВА.
Забихи А, Село Л, Хернандез А. “Евалуација метрике неравнотеже напона у дистрибутивним мрежама са високом пенетрацијом ДЕР.” арКсив:2505.23435, Политехнички универзитет у Мадриду, Мај 2025.
Погледај на арКсив → — Отворен приступ, нема ограничења лиценце за академску употребу.
Ова студија случаја је представљена у облику сажетка и коментара у образовне сврхе. Одељак ПК Перспецтиве (Одељак 5) и СВГ дијаграми су оригинални ИПКДФ уреднички садржај од Дениса Руеста, мр. (Примењено), П.Енг. (рет.). ИПКДФ не полаже право на ауторство оригиналног истраживања.