The number of photovoltaic (PV) systems increases annually in Sweden and the installation rate increases every year. The Swedish Energy Agency predict more than a doubling of the amount of electricity generated from PV systems by the year 2025, compared with today’s numbers. There are certain challenges that arise when connecting PV systems to the electric grid, concerning quality of various grid parameters, including the voltage. First, there is a risk of voltage variations due to the lack of swing mass in the PV system, to counteract changes. Voltage variations can also occur due to the unpredictability of the power source which is solar radiation. Secondly, there is a risk of increased voltage when the power production from the PV system is maximized while the power demand is low. The purpose of this report was to help network operators to understand how grid-connected PV systems affect grid voltage levels, and what measures may be necessary to strengthen the grid in the face of a continued increase in PV system installation. A residential area in E.ON's low voltage grid in the municipality of Halmstad, Sweden, was studied, where approximately 20% of the customers currently have installed PV systems. The customers were distributed over 5 groups connected to the area’s substation. Measurements were carried out at the substation which showed that the power changed direction on sunny days. Measurements were also carried out at the customer's connection point, which showed voltage increases on sunny days. In addition, future scenarios were simulated where the PV installation rate in the area was increased to investigate the hosting capacity in the area, before grid strengthening measures were necessary to manage the solar installations. The results showed a variation between the groups regarding how well equipped they were for an expansion of PV installations, which was probably due to a combination of the distance to the substation and the number of customers in the group. The simulations showed how the voltage level depended on the distance to the grid station and on the number of PV systems. Network strengthening measures to cope with a future scenario with 100% installation rate were studied. Cable reinforcement was not a sufficient measure for two of the groups, a sectioning of the group was necessary.

Krav på överföringen av el ställs i föreskrifter och standarder för att hålla störande elkvalitetsparametrar inom godtagbara nivåer i nätet. På senare år har användandet av elnätet förändrats med nya belastningar, distribuerad generering och en ökande mängd kraftelektronik. Detta bidrar till ett ökat behov att utföra kontinuerlig övervakning av parametrar som kan orsaka problem för kund och nätägare. I samband med installationen av de nya ”smarta elmätarna” hos kunder finns möjligheten att få utökad elkvalitetsövervakning i stora delar av nätet. Till följd av detta har Geab valt att se över sin elkvalitetsövervakning. I denna rapport ligger fokus på vilka parametrar som ska övervakas, var i nätet de ska övervakas och hur man kan bedriva detta effektivt med en bra täckning av nätet. Syftet med denna övervakning är primärt att verifiera att nätet uppfyller standard. Men andra fördelar finns, bland annat kan åtgärder vidtas i ett område innan gränsvärden överskrids. Det går även att använda utrustningen för störningsanalys. I denna rapport sammanställs vilka parametrar som ska övervakas och vilka krav som gäller för mätutrustning vid mätning av elkvalitet enligt standard och föreskrift. Förslag ges även på var och hur mätning kan utföras. Sju mätsystem har jämförts utifrån dessa parametrar. Baserat på resultatet rekommenderas att fasta mätare installeras i fördelningsstationer på nedsidan av mellanspänningstransformatorn, i kombination med smarta elmätare i nätstation och i anslutningspunkt mot kund i lågspänningsnät. Detta för att få en kostnadseffektiv täckning och hantering av elkvalitetsövervakning i nätet. På grund av det stora antalet mätinstrument bör övervakning av elkvaliteten ske med hjälp av gränsvärdesövervakning och automatiskt genererade rapporter. Detta minskar hanteringstid för personal då portabla mätare inte behöver monteras men även då systemet behandlar den insamlade informationen på egen hand. Eftersom gränsvärdesövervakning kan missa vissa avvikelser bör även stickprov utföras för att verifiera den automatiska övervakningen. / Requirements for the transmission of electricity are set in regulations and standards to keep disruptive power quality parameters in the grid within acceptable levels. In recent years, the use of the electrical grid has changed with new loads, distributed generation, and an increasing amount of power electronics. This contributes to an increased need to perform continuous monitoring of parameters that can cause problems for customers and network owners. With the installation of the new ”smart meters” at customers connection point, there is the possibility of having extended power quality monitoring in large parts of the network. As a result, Geab has chosen to review its power quality monitoring. This report focuses on which parameters are to be monitored, where to monitor and how this can be done effectively with good coverage of the network. The purpose of this monitoring is primarily to verify that the network meets the requirements. But there are other advantages, for example, steps can be taken before a limit value is exceeded in an area. It is also possible to use the equipment for analyzing disturbances. This report summarizes which parameters to monitor and which requirements apply to measuring equipment when measuring power quality in accordance with standards and regulations. Suggestions are also given on where and how measurement can be performed. Seven measurement systems have been compared based on these parameters. Based on the results, the recommendation is that fixed meters be installed in substations on the medium voltage side of the transformer, in combination with "smart meters" in distribution substations and at the connection point to the customer in the low voltage network. This will result in cost-effective coverage and management of power quality monitoring in the network. Due to a large number of measuring instruments, monitoring of power quality should take place with the help of automatic limit monitoring and automatically generated reports. This approach will give alarms/warnings if any parameter exceeds its limit. This reduces handling time for personnel as portable meters do not need to be installed but also when the system processes the collected information on its own. Since automatic detection of exceeded limit values may miss certain deviations, random sampling should be performed to verify the automatic monitoring.

The deployment of large-scale photovoltaic (PV) systems is rising in the Swedish power system, both in quantity and in system size. However, the intermittent characteristics of the PV production raises questions concerning the stability in the electric power grid, and power output fluctuations from the PV systems can lead to voltage quality issues. Hence, the distribution system operator E.ON Energidistribution and the solar energy developer company Solkompaniet are interested in investigating potential challenges and possibilities related to the integration of large-scale PV systems in the electric power grid. This thesis studies fast voltage variations in the electric power grid due to output fluctuations from large-scale PV systems, and examines the possibility to mitigate the voltage variations by reactive power support strategies in the PV inverters. Four studies are carried out to investigate the prerequisites for establishing large-scale PV systems. Firstly, a worst-case study considering eight existing substations in the electric power grid as well as a new substation is carried out, to examine the impact of different parameters on the voltage variations. Parameters such as transformer operation mode, location of the point of connection, switching mode and load capacity are compared in the study. Further, time series calculations are done to investigate the voltage variations over one year, and a study with an oversized PV system is done to investigate the possibility for increasing the PV capacity without grid reinforcements. Lastly, a study is performed with reactive power compensation from the PV inverters to examine the possibility to maintain a stabilized voltage level at the point of connection. The studies are performed in E.ONs network model in the power system simulator software PSS/E, with data for the transmission grid, the regional grid, and parts of the distribution grid included. PV systems with a rated capacity from 32 MWp and upwards are connected to substations in the regional grid, where fast voltage variations on nominal voltage levels of 20/10 kV are studied and evaluated from the perspective of the power producer. From this thesis, it can be concluded that neither of the implemented studies results in voltage variations that violate E.ONs technical requirements on fast voltage variations in the point of connection. Further, the results from the worst-case study show the importance of analysing the specific system of interest when connecting PV systems, since the properties of the existing system have an impact on the voltage variations. The time series calculations show that the voltage variations over a time period of one year are highly influenced by the PV production and the load capacity in the substation, and the study with an oversized PV system shows the possibility for increasing the PV capacity without curtailing large amounts of active power. Finally, the study with reactive power compensation concludes that grid support strategies in the PV inverters may be a key solution for making optimal use of the existing electric power grid and enabling the continued expansion of large-scale PV systems in the Swedish power system. / Utbyggnaden av storskaliga solcellsanläggningar (PV) ökar i det svenska kraftsystemet, både i kvantitet och i systemstorlek. De intermittenta egenskaperna hos energiproduktionen väcker emellertid frågor angående stabiliteten i elnätet, och effektförändringar från anläggningarna kan leda till spänningskvalitetsproblem. Därför är distributionssystemoperatören E.ON Energidistribution och solenergiföretaget Solkompaniet intresserade av att undersöka potentiella utmaningar och möjligheter relaterade till integrationen av storskaliga solcellsanläggningar i elnätet. Detta examensarbete studerar snabba spänningsvariationer i elnätet till följd av effektförändringar från storskaliga solcellsanläggningar, och undersöker möjligheten att mildra spänningsvariationerna genom strategier för reaktiv effektreglering i växelriktare.  Fyra studier genomförs för att undersöka förutsättningarna för att etablera storskaliga solcellsanläggningar. För det första genomförs en värsta-fallstudie med beaktande av åtta befintliga stationer i elnätet samt en ny station, för att undersöka olika parametrars påverkan på spänningsvariationerna. Parametrar som transformatorns driftläge, plats för anslutningspunkten, omkopplingsläge och lastkapacitet jämförs i studien. Vidare görs tidsserieberäkningar för att undersöka spänningsvariationerna över ett år, och en studie med en överdimensionerad solcellsanläggning görs för att undersöka möjligheten att öka solcellskapaciteten utan elnäts- förstärkningar. Slutligen genomförs en studie med reaktiv effektkompensation från växelriktare för att undersöka möjligheten att upprätthålla en stabiliserad spänningsnivå i anslutningspunkten. Studierna utförs i E.ONs nätverksmodell i programvaran PSS/E för kraftsystemsimuleringar, med data för transmissionsnätet, regionnätet och delar av distributionsnätet inkluderat. Solcellsanläggningar med en nominell kapacitet från 32 MWp och uppåt ansluts till stationer i regionnätet, där snabba spänningsvariationer på nominella spänningsnivåer om 20/10 kV studeras och utvärderas ur kraftproducentens perspektiv. Från resultaten kan man dra slutsatsen att ingen av de genomförda studierna resulterar i spänningsvariationer som överskrider E.ONs tekniska krav på snabba spänningsvariationer i anslutningspunkten. Vidare visar resultaten från värsta-fallstudien vikten av att analysera det specifika systemet vid anslutning av solcellsanläggningar, eftersom egenskaperna hos det befintliga systemet har en inverkan på spänningsvarationerna. Tidsserieberäkningarna visar att spänningsvariationerna över en tidsperiod av ett år påverkas starkt av både energiproduktionen och lastkapaciteten i stationen, och studien med en överdimensionerad solcellsanläggning visar på möjligheten att öka den nominella kapaciteten utan att spilla stora mängder aktiv effekt. Slutligen ger studien med reaktiv effektkompensation slutsatser om att strategier i växelriktare kan vara en möjlig lösning för att utnyttja det befintliga elnät optimalt och möjliggöra en fortsatt expansion av storskaliga solcellsanläggningar i det svenska kraftsystemet.