Επίδραση της ένταξης Φ/Β μονάδων στην ποιότητα ισχύος δικτύων διανομής:
Creators: name: Παπαϊωάννου, Ιουλία Τ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Φωτοβολταϊκά συστήματα
Βαθμός Διείσδυσης
Διανεμημένη Παραγωγή
Φωτοβολταϊκοί αντιστροφείς
Photovoltaic systems
Penetration level
Distributed Generation
Photovoltaic inverters

description: Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η διείσδυση της Διανεμημένης Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας, και ειδικότερα των Φωτοβολταϊκών Συστημάτων, στο Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας. Στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθόδου για την εκτίμηση της επίδρασης που πρόκειται να έχει η διείσδυση αυτή, με όρους ανύψωσης της τάσης και αρμονικής παραμόρφωσης. Προτείνεται ένα μοντέλο που ενσωματώνει την τεχνολογία και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των Φ/Β συστημάτων, παρέχοντας ένα εργαλείο έρευνας και διερεύνησης ζητημάτων ένταξης Φ/Β μονάδων σε δίκτυα. Παράλληλα, προτείνεται αναλυτική σχέση υπολογισμού των τάσεων στα Σημεία Κοινής Σύνδεσης δικτύων με φορτία και παραγωγή στη ΧΤ. Στο 1ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται ο σκοπός και η καινοτομία της διδακτορικής διατριβής. Ακολουθεί ιστορική αναδρομή στο θέμα της ΔΠ, δίδεται ο ορισμός της και περιγράφονται τα χαρακτηριστικά αυτής. Κατόπιν, περιγράφεται το παγκόσμιο ενδιαφέρον προς τα Φ/Β. Γίνεται μια εκτενής αναφορά στην πορεία της τεχνολογίας των Φ/Β συστημάτων που φτάνει ως σήμερα, με τις τελευταίες εξελίξεις στον τομέα της ηλιακής ενέργειας στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Τέλος παρατίθενται τα νέα ζητήματα (τεχνικά, ρυθμιστικά, οικονομικά κ.α.) που προκύπτουν με τη διείσδυση των Φ/Β στα ΣΗΕ. Στη συνέχεια σχολιάζεται η βιβλιογραφία όσον αφορά τη ΔΠ, με έμφαση στα Φ/Β. Στη βιβλιογραφική ανασκόπηση διερευνάται η επιστημονική προσέγγιση των τεχνικών ζητημάτων σύνδεσης της ΔΠ, σε θέματα ποιότητας ισχύος. Στη συνέχεια, μετά από περιγραφή των τεχνικών χαρακτηριστικών των Φ/Β συστημάτων, γίνεται βιβλιογραφική έρευνα στις ακαδημαϊκές μελέτες που αναφέρονται στα χαρακτηριστικά αυτά. Τέλος, γίνεται αναφορά στα Διεθνή Πρότυπα που καθορίζουν τη σύνδεση της ΔΠ στα ΣΗΕ. Στο 3ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται το σύστημα Ανίχνευσης Σημείου Μεγίστης Ισχύος (MPPT). Αρχικά, γίνεται μια περιγραφή των θεμελιωδών μεγεθών που περιγράφουν τη λειτουργία της Φ/Β κυψέλης και κατόπιν πραγματοποιείται μια γραφική προσέγγιση των σημείων βέλτιστης λειτουργίας (MPP), βάσει των χαρακτηριστικών καμπυλών των τεχνικών φυλλαδίων των Φ/Β πάνελ. Ο αλγόριθμος MPPT που αναπτύσσεται, βασίζεται ακριβώς στη γραφική και μαθηματική προσέγγιση και επαληθεύεται με δόκιμη μέθοδο. Στο 4ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η μοντελοποίηση της Φ/Β μονάδας, με τα συστήματα μετατροπής και τους μηχανισμούς ελέγχου. Επαληθεύεται η ορθή συμπεριφορά του προτεινόμενου συστήματος με μετρήσεις που διεξήχθησαν στα πλαίσια του διδακτορικού και με δημοσιευμένα στοιχεία, επαληθεύοντας έτσι ότι πρόκειται για ένα χρήσιμο εργαλείο για αναλύσεις διείσδυσης ΔΠ και μελέτες αρμονικών. Στο 5ο Κεφάλαιο εξετάζεται η επίδραση της ένταξης Φ/Β σε πρότυπο δίκτυο 13 κόμβων της ΙΕΕΕ, το οποίο μοντελοποιείται στην παρούσα εργασία. Τα συμπεράσματα που εξάγονται αναδεικνύουν τη χρησιμότητα του προτεινόμενου μοντέλου σε μελέτες τάσης και αρμονικές αναλύσεις. Στο 7ο Κεφάλαιο αναπτύσσεται μαθηματική σχέση υπολογισμού της τάσης στα ΣΚΣ δικτύων με συνδεδεμένα Φ/Β. Αρχικά, γίνεται αναλυτική προσέγγιση που τεκμηριώνει τη μαθηματική έκφραση. Κατόπιν πραγματοποιούνται σενάρια με χρήση του προτεινόμενου μοντέλου και με εφαρμογή της σχέσης, ώστε να συγκριθούν και να επαληθευτεί η ορθότητα των αποτελεσμάτων της σχέσης. Εξετάζεται ένα πλήθος σεναρίων προκειμένου να διεξαχθούν συμπεράσματα αναφορικά με τη χρησιμότητά της μαθηματικής σχέσης. Τέλος, προτείνεται μια δεύτερη σχέση για τον υπολογισμό επιτρεπτής Φ/Β ισχύος σε κόμβο γραμμής ΧΤ. Στο 7ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα κύρια συμπεράσματα, ενώ παράλληλα τεκμηριώνεται η επιστημονική συμβολή της διδακτορικής εργασίας και γίνονται προτάσεις για συνέχιση της έρευνας.
description: The doctoral thesis deals with the penetration of Distributed Generation and more specific of Photovoltaic (PV) Systems, in the Electric Power System. Scope of this thesis is to develop a method to estimate the impact of PV penetration in voltage rise and harmonic distortion. Thus, a model embodying the technology and operational characteristics of PV systems is proposed, as a tool for research and study of PV penetration in LV feeders. Additionally, a mathematical expression for the calculation of voltages in the Points of Common Coupling (PCC) is presented and applied for various cases of LV network topologies. In Chapter 1, the objective and the innovation of the present thesis is presented. The chapter continues with a historic review of the DG, its definition and characteristics. The chapter focuses on recent international interest on the PVs. A review follows for the development of the PVs till present, with the latest progress of PV installations in EU. New challenges arising from DG penetration in EPS, are indicated in technical, regulatory and commercial terms. In Chapter 2, bibliography as regards PV systems is reviewed. Relevant papers are categorised in two fields. The first deals with power quality issues of DG interconnection. The second covers research and modelling of the technical characteristics of PVs. Finally, the relevant International Standards are analyzed. In Chapter 3 the system developed is presented, incorporating an innovative model of a Maximum Power Point Tracking (MPPT) mechanism. The PV cell’s fundamentals are described and a graphical approach of the MPPs is presented, based on the technical brochures of PV panels. The graphical approach is corrected with the mathematical expressions governing the equivalent electrical circuit. At the end, the developed MPPT algorithm is evaluated with a Fill Factor method. In Chapter 4, the modelling of the PV unit is presented, incorporating the conversion systems and the control mechanisms. The model’s behaviour is validated with field measurements and with published data, confirming it as a useful tool for penetration and harmonic studies. In Chapter 5 the influence of the installation of PVs in the IEEE 13 nodes Test Feeder, is investigated. Conclusions prove that the model can be used for voltage and harmonic analysis. In Chapter 6 a mathematical formula for the estimation of the voltages at the PCCs of feeders with PVs connected, is developed. An analytical approach is held in order to substantiate the correctness of the expression. Then, various scenarios are realized with the proposed model and the implementation of the formula, validating the latter. A number of scenarios are examined and some important conclusions are drawn regarding the use of the mathematical expression. Finally, a second formula is proposed for the approximation of permissible PV capacity at a node of a LV line. In Chapter 7 the conclusions from the analysis are analyzed, while the innovation of the doctoral thesis and suggestions for further research are presented.