Μελέτη επίπτωσης σύνδεσης φωτοβολταϊκών στα δίκτυα διανομής μέσης τάσης

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των βασικών μεγεθών των δικτύων διανομής ηλεκτρικής ενέργειας στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όταν σε αυτά συνδέονται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα εξετάζονται τα βασικά μεγέθη που προκύπτουν από τη σύνδεση φωτοβολταϊκών. Για την πραγματοποίηση χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές γραμμές διανομής: μια αγροτική γραμμή διανομής η οποία ανήκει στο δίκτυο της Ικαρίας και μία αστική γραμμή η οποία ανήκει στο δίκτυο της Κατερίνης και αποτελεί μέρος του διασυνδεδεμένου συστήματος. Yπολογίστηκε η μέγιστη δυνατή διείσδυση των φωτοβολταϊκών ως μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής χωρίς να παραβιάζονται τα κριτήρια ορθής λειτουργίας των δικτύων διανομής δηλαδή των τάσεων και της ροής ισχύος των γραμμών στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Μελετήθηκαν δύο ακραίες περιπτώσεις: Αυτή της μέγιστης ζήτησης φορτίου και αυτή της ελάχιστης. Στην περίπτωση της ελάχιστης ζήτησης φορτίου μελετήθηκε το ποσοστό διείσδυσης των φωτοβολταϊκών χρησιμοποιώντας δύο σενάρια. Στο πρώτο τοποθετήθηκαν φωτοβολταϊκά ομοιόμορφα σε κάθε υποσταθμό του δικτύου. Στο δεύτερο τοποθετήθηκαν φωτοβολταϊκά στην αρχή στη μέση και στο τέλος της γραμμής αυξάνοντας το ποσοστό διείσδυσης κάθε φορά. Η μελέτη των δικτύων διανομής έγινε με το πρόγραμμα DIgSILENT PowerFactory. Πραγματοποιήθηκε γραφική απεικόνιση των δύο δικτύων. Τοποθετήθηκαν τα φορτία σύμφωνα με τα ακραία σενάρια της μέγιστης και της ελάχιστης ζήτησης και στη συνέχεια εφαρμόστηκαν τα δύο σενάρια διείσδυσης φωτοβολταϊκών στα δίκτυα διανομής. Προκειμένου να διαπιστωθούν τα κριτήρια ορθής λειτουργίας έγινε ανάλυση της ροής φορτίου μέσω της επαναληπτικής μεθόδου Newton – Raphson. Στα πλαίσια των παραπάνω εκτελείται ανασκόπηση της βιβλιογραφίας σχετικά με τη διεσπαρμένη παραγωγή, τα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, τα διάφορα είδη φωτοβολταϊκών καθώς και της σημασίας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην ενεργειακή παραγωγή. Τέλος, γίνεται παρουσίαση του προγράμματος DIgSILENT PowerFactory.

The purpose of this thesis is to study the fundamentals of electricity grids in the permanent mode when connected to these renewable energy sources. More specifically addresses to the fundamentals derived from the connection of photovoltaics. Two different distribution lines are considered: a rural distribution line owned by the network of Ikaria and an urban line which belongs to the network of Katerini and is part of the inter-connected system. The maximum possible penetration of PV as dispersed production units was studied, without violating the criteria of good operation of distribution networks: the voltage limits and the thermal limits of lines in permanent mode. Two extreme cases were studied: At first case we considered that the demand of load is maximum and at the second case that the demand of load is minimum. Furthermore, at the second case we applied two different scenarios of PV penetration. In the first scenario PVs were evenly placed in each substation of the network. In the second scenario PVs were placed at the beginning at the middle and at the end of the line. At the second scenario we increased each time the percentage of penetration. This study of distribution networks has been conducted using program DIgSILENT PowerFactory. Through this program the two networks were graphically illustrated. Loads were placed under extreme scenarios of maximum and minimum demand and then the two PV penetration scenarios were applied in distribution networks. In order to justify whether the criteria of proper functioning are observed a load flow analysis is applied using the Newton – Raphson iterative method. In addition a review of the literature is performed on dispersed production, electricity distribution networks, the various types of PVs and the importance of renewable energy sources in energy production. Finally, the program DIgSILENT is presented.