The challenges facing low voltage grids are rising as an increasing number of domestic houses transition from fossil fueled heating to electricity based heating. Several environmental goals and visions have the same transition from fossil based power to electricity based power in mind for the transportation sector. One of the most important tools for this transformation is widely regarded to be the electric vehicle. With the demands of the electric vehicle pressuring the power grid, several questions arise regarding the growth of the electric vehicle market and what repercussions it may have on the grid. This paper focuses on a typical low voltage grid in southern Sweden and what effects a growing electric vehicle market may have on it. Through computer-assisted simulations based on several future scenarios regarding the EV market, this paper finds that few modifications and reinforcements are needed on this particular grid within the next 10 to 15 years. After this timeframe the voltage drop becomes a serious concern and should be addressed. / Utmaningarna som lågspänningsnät står inför växer i takt med att fler bostäder övergår från fossilbaserad till elbaserad värme. Flera miljösatsningar och visioner ämnar pådriva samma förändring inom transportsektorn och eldrivna fordon anses som ett av de viktigaste verktygen för att genomföra detta. Med ytterligare potentiella påfrestningar på lågspänningsnäten från de elektriska fordonens behov ställs frågan hur utbredd den elektriska fordonsmarknaden kommer att bli och vilken påverkan den kommer ha på elnäten. I detta arbete belyses ett typiskt lågspänningsnät i södra Sverige och vilka effekter elfordonens utbredning kan tänkas ha på den. Genom datorstödda simuleringar enligt flera olika prognosscenarion finner arbetet att relativt få förändringar och förstärkningar behöver göras på det analyserade nätområdet inom ett tidsspann på ca 10 till 15 år. Efter detta tidsspann orsaker lasterna ett högt spänningsfall i det aktuella nätet som bör åtgärdas.

This report seeks to evaluate and predict possible power quality issues regarding Fortums engagement in the project of Stockholm Royal Seaport. Stockholm Royal Seaport is a city district planned by Stockholm Municipality to be constructed based on sustainable urban city principles. Fortum has, together with additional partners, engaged in the challenge to create a sustainable energy system. This is thought to be achieved through several measures. Energy saving actions are incorporated at several levels and there is a plan to create a “smart grid” for the electricity supply. A smart grid has no strict definition but in this case a key feature is “demand-response” which effectively means a way to optimize the consumption to have a more balanced consumption over the 24 hours of a day. One of the key components in the smart grid is the “active house” which is planned to have several specific features separating it from an ordinary house. It is planned to have its own contribution to electricity production using solar cells and an energy storage using batteries. Another feature is thought to be both automation and economic incentives measures to achieve peak load reduction. This thesis has taken the perspective of the end customer in the active house and has tried to evaluate the power quality to be experienced. An investigation regarding the different components has been carried out to get an overview from the mentioned perspective and identify possible problems or issues that may require attention in the realization of Stockholm Royal Seaport. It has been found that no major problems are to be expected but some smaller issues has arisen that might be worthwhile giving some attention.

The purpose of this bachelor thesis is to assess whether it is possible to create a simplified model that estimates the hosting capacity of a low-voltage grid. The Simplified model is compared with a more elaborate model created by the Built Environment Energy Systems Group (BEESG) at Uppsala University. The Simplified model takes three easily obtainable variables into account. The model created by BEESG allows us to observe both the amount of photovoltaic (PV) power that is installed as well as the voltages in each bus in a grid. The hosting capacity is found by gradually increasing the amount of PV power installed in a low-voltage grid until overvoltage is reached. Simulations with BEESG’s model are done for a week in July when the PV generation has its peak and the load is generally low. The Simplified model is created using linear regression with the calculated values from the BEESG’s model as a reference. The report shows that the Simplified model will give an estimation of the low-voltage grid’s hosting capacity that is comparable to the value calculated with BEESG’s model. The results show that it is rarely the low-voltage grid that restricts the installation of PV facilities and that a high self-consumption is advantageous regarding to the grids hosting capacity.

L’ouverture des marchés de l’énergie et les nouveaux usages ont induit à des changements significatifs sur les réseaux de distribution (le réseau basse tension – BT – notamment), comme : l’augmentation des interconnections de production à partir de sources d’énergies renouvelables (EnR), l’accroissement de la pointe de consommation, entre autres. Ces derniers créent des contraintes électriques. Dans l’optique d’une gestion pragmatique des réseaux électriques intelligents, des gisements de flexibilité comme le pilotage des charges/sources ou le stockage sont recherchés pour offrir des nouvelles solutions à ces contraintes. Cette thèse étudie ainsi les enjeux de la gestion du stockage et son impact dans les méthodes de planification des réseaux BT. Ainsi, dans un premier temps, les impacts du stockage et de la production photovoltaïque sur des grandeurs utilisées dans la planification des réseaux de distribution sont étudiés. Dans un second temps, une méthode de calcul des coûts des pertes est adaptée à la présence du stockage et/ou de la production PV. Dans une dernière partie, des algorithmes de fonctions avancées de conduite sont développés afin d’illustrer la valeur économique du stockage dans la planification des réseaux BT, et comparés à une planification classique plus couteuse. / The opening up of energy markets and new uses have led to significant changes in distribution grids, in particular low-voltage grids. Notably, it has led to an augmentation in the integration of renewable energy production, an increase in the peak consumption, among others. This is accompanied by the appearance of the electrical constraints with which power systems must cope. This has resulted in the development multiple flexibility capabilities such as load/source management or energy storage, providing new solutions, now to be considered in planning methods. This thesis studies the issue of energy storage in the low-voltage grid planning. The first part of this thesis studies the impact of storage and photovoltaic production on variables involved in distribution grid planning. In the second part, a method for calculating the cost of losses is adapted to the presence of energy storage and/or PV production. Finally, advanced d operation algorithms are developed to illustrate the economic value of energy storage in LV distribution grid planning, compared to a more expensive conventional planning method.

Aktuell finden umfangreiche Neuerungen und Veränderungen im Elektroenergiesystem statt. Dabei stellen die Netzintegration von Energiespeichern, EE-Anlagen und Elektrofahrzeugen sowie die Realisierung von Energiemanagementsystemen wichtige Neuerungen in der Niederspannungsebene dar. Analysen der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen zeigen einen nennenswerten Einfluss auf den Lastbedarf. Als ein Ergebnis wird die maximal zulässige Anzahl an Elektrofahrzeugen ermittelt, bei der kein Netzumbau notwendig wird. Neben der Untersuchung verschiedener Ladevarianten wird die zufällige Ladung als innovative Ladevariante vorgestellt und deren Nutzen simuliert. / Currently, fundamental innovations and changes are occurring in the power system. The grid integration of energy storage systems, renewable energy systems and electric vehicles as well as the implementation of energy management systems are important innovations in the low-voltage grid. Analyses of charging processes for electric vehicles show significant impacts on the load demand. As one result, the maximum number of electric vehicles is determined assuming that no grid expansion is needed. Besides studying various charging options, a random charging method is proposed as an innovative charging option and its benefits are shown by simulations.

This diploma thesis discusses two major topics. The first one is the control size of the voltage in LV networks in regard to the increase in distributed generation concered to renewable energy sources. The study contains a review focused on the current state of low voltagegrid followed by a proposal for the solution of the oncoming state. The solution is identified as a deploying OLTC distribution transformer. In the case of more complex topology is deployed a series voltage transformer. Both methods are part of the Smart Grid. The thesis also analyzes the issue of the data measurement and data transmission. The second part of the thesis consists of the description of selected control strategies and their simulations. The design of individual system elements in the PSCAD is described. From these elements, a test network was constructed and tested the individual simulation scenarios.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ενός συστήματος διασύνδεσης μιας ανεμογεννήτριας ονομαστικής ισχύος 1kW με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Επιπλέον, πραγματεύεται τη σχεδίαση, κατασκευή και έλεγχο ενός τριφασικού αντιστροφέα που αποτελεί την τελευταία βαθμίδα πριν τη σύνδεση με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η διασύνδεση της ανεμογεννήτριας με το δίκτυο χαμηλής τάσης μέσω δύο βαθμίδων: ενός μετατροπέα ανύψωσης τάσης και ενός τριφασικού αντιστροφέα. Ο μετατροπέας ανύψωσης τάσης αποτελεί αντικείμενο μελέτης της διπλωματικής εργασίας του συνάδελφου Ιωάννη Γκαρτζώνη, ενώ στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται και σχεδιάζεται ο τριφασικός αντιστροφέας. Αμφότερες οι διατάξεις περιλαμβάνουν ελέγχους κλειστού βρόχου, μέσω των οποίων απομαστεύεται η μέγιστη ισχύς από την ανεμογεννήτρια (έλεγχος μετατροπέα ανύψωσης) και διατηρείται σταθερή η τάση μεταξύ των δύο βαθμίδων, παρέχοντας ενεργό ισχύ στο δίκτυο υπό μοναδιαίο συντελεστή ισχύος (έλεγχος τριφασικού αντιστροφέα). Αρχικά παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης ανεμογεννητριών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο η αιολική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στους τύπους των ανεμογεννητριών, καθώς και στους τρόπους λειτουργίας τους ως προς τη διασύνδεση με το δίκτυο. Στη συνέχεια γίνεται θεωρητική ανάλυση για κάθε βαθμίδα του συνολικού συστήματος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη λειτουργία του τριφασικού αντιστροφέα και στην τεχνική παλμοδότησής του που ονομάζεται Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους των Παλμών (Sinusoidal Pulse Width Modulation - SPWM). Επίσης, εξάγονται σχέσεις βάσει των οποίων είναι δυνατό να παραμετροποιηθεί ο τριφασικός μετασχηματιστής με μεγάλη επαγωγή μαγνήτισης που έπεται του τριφασικού αντιστροφέα. Το επόμενο βήμα αποτελεί η προσομοίωση στο λογισμικό προσομοίωσης κυκλωμάτων Simulink του Matlab τόσο του τριφασικού αντιστροφέα σε ανοιχτό και σε κλειστό βρόχο, όσο και ολόκληρου του συστήματος διασύνδεσης. Ο κλειστός βρόχος αποτελεί ένα νέο και άμεσο έλεγχο της ισχύος που παρέχεται στο δίκτυο. Επιπρόσθετα, περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή όλων των κυκλωμάτων που απαιτούνται για τον τριφασικό αντιστροφέα, το φίλτρο και το μετασχηματιστή. Τέλος πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές για να διαπιστωθεί η ορθή λειτουργία των βαθμίδων που κατασκευάστηκαν, να εντοπιστούν και δικαιολογηθούν τυχόν διαφορές μεταξύ της θεωρητικής ανάλυσης και των μετρήσεων στην πραγματική διάταξη, καθώς και για να εκτιμηθεί η απόδοση του συστήματος. / The present diploma thesis deals with the interconnection of 1kW wind generator to the low voltage grid. A three phase inverter is the last stage of the interconnection system. The design, construction and control of the three phase inverter is studied. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Conversion Energy at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of Polytechnic School in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the connection of the wind generator with the low voltage grid through two stages: a boost converter and a three phase inverter. Both stages are closed loop controlled and in this way the maximum power of the wind generator is supplied (control of the boost converter) and the voltage between the two stages remains constant, providing active power to the grid with unity power factor (control of the three phase inverter). Initially, the advantages and disadvantages of the use of wind generator are presented and the way that the wind energy is converted to mechanical energy and finally to electrical energy is analyzed. Moreover, it is given a short reference in the types of the wind generators used for connection to the grid. In addition, every stage of the whole system is analyzed. Especially, the function of the three phase inverter and the Sinusoidal Pulse Width Modulation-sPWM are studied. The three phase transformer, that follows the three phase inverter stage, is parameterized through equations that are described in this work. The next step in this thesis is the simulation with Simulink of Matlab. The three phase inverter is simulated in open and closed loop as well as the whole connection system of the wind generator to the low voltage grid. The closed loop control is a new and direct control of active and reactive power that are supplied to the grid. Furthermore, it is described the design and construction of all the circuits for the three phase inverter, the filter and the transformer. Finally, experiments are conducted in order to confirm the proper function of the stages that are constructed, to find differences between theory and reality and to estimate the efficiency factor of the system.

Aktuell finden umfangreiche Neuerungen und Veränderungen im Elektroenergiesystem statt. Dabei stellen die Netzintegration von Energiespeichern, EE-Anlagen und Elektrofahrzeugen sowie die Realisierung von Energiemanagementsystemen wichtige Neuerungen in der Niederspannungsebene dar. Analysen der Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen zeigen einen nennenswerten Einfluss auf den Lastbedarf. Als ein Ergebnis wird die maximal zulässige Anzahl an Elektrofahrzeugen ermittelt, bei der kein Netzumbau notwendig wird. Neben der Untersuchung verschiedener Ladevarianten wird die zufällige Ladung als innovative Ladevariante vorgestellt und deren Nutzen simuliert. / Currently, fundamental innovations and changes are occurring in the power system. The grid integration of energy storage systems, renewable energy systems and electric vehicles as well as the implementation of energy management systems are important innovations in the low-voltage grid. Analyses of charging processes for electric vehicles show significant impacts on the load demand. As one result, the maximum number of electric vehicles is determined assuming that no grid expansion is needed. Besides studying various charging options, a random charging method is proposed as an innovative charging option and its benefits are shown by simulations.