Modeling and analysis of voltage sag mitigation techniques in low voltage networks containing solar PV units

Abstract

Ekonomik olarak gerekçelendirilse de güneş enerjisi üretim ünitelerinin ana şebekeye girmesine güç kalitesi (PQ) sorunları eşlik ediyor. Bara gerilimi ve yük akımı dalga biçimlerindeki gerilim sapmaları ve harmonik bozulmalar gibi sorunlar günümüzün en önemli sorunlarındandır. Alçak gerilim (AG) dağıtım trafo merkezlerindeki yük baralarındaki gerilim seviyesi, PQ standartlarında listelenen özellikleri ve gereksinimlerini karşılayacak şekilde korunmalıdır. Bu çalışmada, bir dağıtım trafo merkezinin yük baralarındaki gerilim seviyesi hem Newton-Raphson yöntemi ile yük akış analizi hem de harmonik bozulma analizi ile incelenmiştir. Bu amaçla, trafo merkezine solar PV penetrasyonunun etkisini görselleştirmek için gerçek bir 11 kV trafo merkezi örnek olay incelemesi olarak alınmıştır. Bu, ETAP ortamı kullanılarak 2 MW güneş enerjisi üniteleriyle gömülü trafo merkezi tek hat şemasının modellenmesiyle elde edilir. Güneş PV sistemi için tasarım adımları ilk adımda gerçekleştirilir. Daha sonra ETAP bilgisayar programı ile yapılan hesaplamalar ile yük baralarındaki gerilim seviyeleri değerlendirilmekte ve bu gerilim sonuçlarındaki uluslararası yönetmelik ve standartlara (IEEE 519 ve IEC 61000-3-4) göre sapmalar belirlenmektedir. Son olarak, güneş PV ünitelerinin yanı sıra statik VAR kompansatörleri tarafından sunulan voltaj seviyesi değerlerindeki iyileştirmeler tartışılmakta ve sonuçlar ve öneriler verilmektedir.

Although economically justified, the penetration of solar generation units into the main grid is accompanied by power quality (PQ) problems. Such issues, as voltage deviations and harmonic distortions in bus voltage and load current waveforms, are major concerns today. The voltage level at load buses in low voltage (LV) distribution substations should be maintained to meet the specifications listed in PQ standards and satisfy its requirements. In this research, the voltage level at load buses of a distribution substation is studied through both load flow analysis by Newton-Raphson method and through harmonic distortion analysis. For this purpose, a real 11 kV substation was taken as a case study to visualize the effect of solar PV penetration into the substation. This is achieved by modeling the substation single line diagram embedded with 2 MW solar units using ETAP environment. The design steps for the solar PV system are performed at the first step. Then calculations by ETAP computer program are used to evaluate the voltage levels at load buses and specify the deviations in these voltage results as compared to the international regulations and standards (IEEE 519 and IEC 61000-3-4). Finally, the improvements on voltage level values offered by solar PV units as well as by static VAR compensators are discussed and the conclusions and recommendations are given.