Spenningskvalitet i lavspent-distribusjonsnett med bidrag fra aggregerte batterier
Bachelor thesis
![Thumbnail](/ntnu-xmlui/bitstream/handle/11250/3137029/no.ntnu%3ainspera%3a187764687%3a233415332.pdf.jpg?sequence=5&isAllowed=y)
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3137029Utgivelsesdato
2024Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for elkraftteknikk [2443]
Sammendrag
Denne rapporten tar for seg hvordan spenningskvaliteten i et lavspentnett kan bli påvirket av å inkludere batterier i nettet. Utfordringen med batterier i et nett er at effekten som disse batteriene trekker eller mater nettet med, påvirker spenningskvaliteten til nettet. Mer spesifikt kan blant annet spenningens verdi i nettets samleskinner bli for høy eller for lav. I denne oppgaven undersøkes mulige tiltak for å unngå dette. Det finnes mange krav til leveringskvaliteten i et nett, og denne rapporten fokuserer på §3-3 "Langsomme variasjoner i spenningens effektivverdi" fra lovdata; "Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet". Målt over ett minutt skal ikke spenningen i tilknytningspunkter overskride eller underskride 10% av nominell spenning (1 pu).
En begrensning med gjennomføring av oppgaven er at det ikke har blitt gjort tester i ett fysisk eksisterende nett. Det har derfor blitt utviklet en simuleringskode ved hjelp av et simuleringsverktøy kalt "PandaPower". Med dette simuleringsverktøyet blir et "fiktivt" nett presentert. Her har den europeiske nett-topologien "CIGRE low voltage network" blitt simulert. Verdier og parametere som blir brukt til simulering, har blitt valgt på grunnlag av forskjellige standarder og normer i kraftsystemet, slik som NEK 60909:0-2016 og "Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet". CIGRE-nettet er en europeisk nett-modell, hovedsakelig ment som et 400 V TN-nett. I Norge er det riktignok vanligst med 230 V IT-nett, kun 20% av lavspentnettene er TN-nett, og derfor vil nominell spenning i undersøkelsen i denne oppgaven bli satt til 230V. Dette vil si at selv om resultatene som blir presentert ikke representerer ett eksisterende norsk nett er det blitt gjort endringer til nettparameter for å gjennomføre en mer representativ undersøkelse fra norsk perspektiv. Konklusjonene som er gjort, vil fortsatt være overførbare til andre radielle lavspent-distribusjonsnett.
Det blir konkludert med at plasseringen til batterier spiller en vesentlig rolle for spenningskvaliteten til lavspentnettet. Batterier som har kort avstand fra transformatoren som mater nettet, vil påvirke spenningskvalitet i mindre grad enn batterier som har lengre avstand fra transformatoren. Det blir presentert flere tiltak som reduserer den negative påvirkningen av batterier som trekker effekt. Det første tiltaket som blir presentert, er å justere ned den aktive effekten til batteriene for å få spenningsnivået til samleskinnene i nettet til å være innenfor kravet. Her kan enten kun effekten til batterier som har mest påvirkningskraft (lengst unna transformator) bli justert ned slik at andre batterier som ikke gjør en stor forskjell på nettet forblir uendret. Det andre valget er å justere ned effekten til alle batteriene i nettet likt for alle. Valget som tas, må vurderes etter hver enkelt situasjon, og en faktor som spiller inn, er hvem som eier batteriene.
Et annet tiltak for å forbedre spenningskvalitet i nettet er reaktiv kompensering. Ende samleskinnenes spenningsnivå som resultat av parametrisk sveip av effektvinkelen fra 0° til 360° blir presentert. Utifra dette blir optimale effektvinkler for endesamleskinnene presentert. Optimal effektvinkel betyr her den effektvinkelen som gjør at snittet av alle ende samleskinnenes spenningsnivå ligger på 1 pu. I praksis må en situasjonspesifikk avveining mellom spenningskvalitet og effektbidrag fra batteriene tas. This report addresses how voltage quality in a low-voltage grid can be affected by the inclusion of batteries in the grid. The challenge with batteries in a grid is that the power they draw from or supply to the grid affects the grids voltage quality. Specifically, the voltage level at the grid's buses may become too high or too low. Therefore, it is necessary to investigate possible measures to avoid this. There are many requirements for power and supply quality in a grid, this report focuses on §3-3 "Langsomme variasjoner i spenningens effektivverdi" in "Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet". The relevant regulation for powergrid operation in Norway. §3.3 translates to "Slow variations in voltages effective value" and sets voltage supply variation limits as follows, "Over one minute, the voltage at connection points shall not exceed or fall below 10% of nominal voltage (1 pu)".
A limitation for this report is that no tests have been conducted on an existing grid. Therefore, a simulation code has been developed using a simulation tool called "PandaPower". Using this simulation tool, the European grid topology "CIGRE low voltage network" has been simulated. Values and parameters used for simulation have been chosen based on various standards and norms for the norwegian power systems, such as NEK 60909:0-2016 and FOL. The CIGRE network is a European network model, mainly intended as a 400 V TN grid. However, in Norway, 230 V IT grids are most common, with only 20% of low-voltage grids being TN grids. Therefore, the nominal voltage for the simulation will be set to 230 V. This means that although the results presented do not represent an existing Norwegian grid, changes to grid parameters have been made to conduct a more representative investigation from a Norwegian perspective. The conclusions drawn will still be transferable to other radial low-voltage distribution grids.
It is concluded that the placement of batteries plays a significant role in the voltage quality of the low-voltage grid. Batteries located close to the transformer supplying the grid will have less impact on voltage quality than batteries located further away from the transformer. Several measures are presented to reduce the negative impact of the batteries drawing power. The first measure presented is to adjust down the active power of the batteries to keep the voltage level at the busbars within the requirement. Here, either only the power of batteries with the most influence (furthest from the transformer) can be adjusted down, leaving other batteries that do not make a significant difference to the grid unchanged. The second option is to adjust down the power of all batteries in the grid equally, for a more equitable approach. The choice made must be evaluated for each situation and a other factors such as who owns the batteries should also be included
Another measure to improve voltage quality in the grid is reactive compensation. To show the effects of reactive compensation, the voltage levels of end-buses as a result of a parametric sweep of the power angle is presented. From these results optimal power angles for the end-buses are presented. In this case the power angle was optimised such that the average of all end-bus voltages is closest to 1 pu. However, whichever power angle one chooses, a trade-off is made between voltage quality and how much active power is supplied or drawn from the grid.