A good power quality can be an important prerequisite to achieve a sustainable society. Scandinavia's electrical system is in many respects superior, and Sweden has a fossil free electricity generation at 97 % and a reliability of electricity distribution at 99.98 %. Meanwhile, the EU has an ambition to expand the electricity market in order to achieve a joint trading business across Europe. This cross-border market will result in a large proportion of fossil energy sources integrated into our electrical system, which also leads to an increased need for renewable electricity production in Sweden. One part of this development is to increase the share of renewable micro generation that is locally or regionally connected to the power grid. Distributed generation can have advantages as reduced network losses, an increased energy supply and a reduction of the fossil energy use in Europe. But it has also been shown that it gets harder for the electric companies to provide their customers with electricity of good quality when the number of installations increases. An improved power quality implicates reducing events and phenomena in the power grid that affect machinery and electrical appliances negatively. This study focuses mainly on the voltage variations and unbalances that can arise when the proportion of PV-systems increases. One of the main reasons for voltage variations is the reversed power flow that migrates "upwards" in the grid when the PV-systems produce and sell their excess to the grid. The reason for unbalance in the low voltage network is mainly loads or production with uneven distribution between the three phases. An acceptable voltage variation should not exceed ± 10 % of the reference voltage and a balanced state is crossed at 2 %. This study has carried out simulations on three of Umeå Energi´s low voltage networks with different customer configurations and network structure. The grids were assigned virtual PV-systems for 25, 50, 75 or 100 % of the customers, and the phase voltages, unbalances and overloaded lines affected by the output of 1-5 kW from the connected facilities were studied. The differences in voltage at single and three phase connection and differences between customers located near and far from the substation have been investigated. Measurements have also been made on an existing PV-installation. The simulations show that the customers who are placed far out in the network are affected most strongly by the changes, while customers close to the transformer are nearly unaffected by the changes, even with a one phase output (via L1) from all customers at 5 kW. In the simulated scenarios two networks has unbalance as a limiting factor, whereas the third network suffer unacceptable voltage rise and unbalance at nearly the same time. In the extreme scenario with an output power of 5 kW through L1 from 100 % of the costumers in the same network the lines and cables are still not overloaded, which proves that overloaded cables is a secondary problems compared to voltage variations and unbalances. The conclusion is that we do not see any serious threats to the quality of electricity at a larger share of PV-systems, as long as the installations are done in networks with a reliable dimensioning and a great awareness of the importance of three phase connections. However, the simulations have shown that there is an impact when many customers have a large production with an uneven output on the grid at the same time. One should therefore avoid scenarios where all costumers in the same network area has a PV-system with a power output in one single phase, while the loads are very low. / En god elkvalitet kan vara en viktig grundförutsättning för att uppnå ett hållbart samhälle. Sveriges och Nordens elsystem är i många avseenden förstklassigt, och Sverige har en fossilfri elproduktion till 97 % och en leveranssäkerhet på elnätssidan på 99,98 %. Samtidigt är den EU-politiska målsättningen att elmarknaden ska utvidgas för att uppnå en gemensam elhandel för hela Europa. Denna gränsöverskridande marknad innebär att en stor andel fossila energikällor integreras i vårt elsystem, vilket gör att även Sverige ser ett behov av att utöka den förnybara elproduktionen. En del i denna utveckling är att öka andelen förnybar mikroproduktion som är lokalt eller regionalt ansluten till elnätet. Mikroproduktion kan ha fördelar som minskade nätförluster, en ökad försörjningstrygghet och en minskad användning av fossil energi i övriga Europa. Det har dock visat sig att nätbolagens förutsättningar att förse sina kunder med el av god kvalitet kan försämras, i och med en stor ökning av antalet solcellsinstallationer. En bättre elkvalitet handlar om att minska händelser och fenomen i elnätet som påverkar maskiner och elektrisk utrustning negativt. Detta arbete fokuserar främst på spänningsvariationer och osymmetri som kan uppstå vid en ökad andel solcellsanslutningar. En stor anledningen till spänningsvariationer är det omvända effektflöde som vandrar ”uppåt” i elnätet då solcellsanläggningar producerar och säljer ett överskott till nätet. Anledningen till osymmetri i lågspänningsnätet är främst obalanserade laster eller produktion utan jämn fördelning över de tre faserna. En acceptabel spänningsvariation får inte överskrida ± 10 % av referensspänningen och osymmetri överträds vid 2 %. I detta arbete har simuleringar genomförts på tre av Umeå Energis lågspänningsnät i tre områden med olika kundsammansättningar och nätstruktur. Näten har tilldelats virtuella solcellsanläggningar hos 25, 50, 75 eller 100 % av kunderna, och därefter har man studerat hur fasspänning, osymmetri och ström i ledningar påverkas av en utmatning på 1-5 kW från de anslutna anläggningarna. Man har även jämfört skillnaden i spänning vid en- och trefasanslutning och skillnad mellan kunder placerade nära och långt ifrån nätstationen. En elkvalitetsmätning har även genomförts på en befintlig solcellsanläggning. Simuleringarna visar att de kunder som har varit placerade långt ut i nätet har påverkats starkast av störningarna medan kunder i nära anslutning till nätstationen har varit nästintill oberörda av förändringen, även vid en enfasansluten utmatning (via L1) från samtliga kunder på 5 kW. I de simulerade scenariona har två av näten osymmetri som den begränsande faktorn, medan det tredje nätet drabbas av oacceptabel spänningshöjning och osymmetri vid i stort sett samma tidpunkt. I det extrema scenariot med en utmatad effekt på 5 kW via L1 från 100 % av kunderna i samma nätområde har strömmen i ledningarna fortfarande inte överskridits, vilket bevisar att överbelastade kablar är underordnad problematiken som kan uppstå med spänningsvariationer och osymmetri. Slutsatsen blir att man inte ser någon allvarlig fara för elkvaliteten vid en ökad andel solcellsanslutningar, så länge installationen sker i nät med stabil dimensionering och en stor medvetenhet kring trefasanslutningens betydelse. Simuleringarna har dock visat att det sker en påverkan då många kunder har en stor produktion som matas ut ojämnt på elnätet vid samma tidpunkt. Man bör därmed undvika scenarion då alla kunder i samma nätområde har en solcellsanläggning som matar ut sin överskottsel enfasigt, samtidigt som lasterna är väldigt låga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:umu-90328 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Larsdotter, Linn |
| Publisher | Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0028 seconds