DIGASP – Simulation Approach to Investigate the Impact of Distributed Power Generation with Photovoltaics on a Power Grid

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Forschungsstelle

BFE

Projektnummer

SI/500549

Projekttitel

DIGASP – Simulation Approach to Investigate the Impact of Distributed Power Generation with Photovoltaics on a Power Grid

Texte zu diesem Projekt

	Deutsch	Französisch	Italienisch	Englisch
Schlussbericht		-	-

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Schlussbericht (Deutsch)	Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) im Netzverbund haben seit der Jahrtausendwende weltweit ein beispielloses Marktwachstum erfahren. Die elektrischen Netze wie auch die Normengebung für die Anschlussbedingungen von PV-Anlagen in den Netzen konnten mit diesem Wachstum nicht Schritt halten. Einer der Gründe dafür ist, dass viele technische Fragen in diesem Gebiet noch nicht zufriedenstellend beantwortet sind. "Wie viel Photovoltaik verträgt ein Verteilnetz" ist die zentrale Frage dieses Projekts. Der Fokus liegt dabei auf Niederspannungs-Verteilnetzen (Netzebene 6 und 7) in sowohl städtischen wie auch ländlichen Wohngebieten der Schweiz. Alle in diesem Projekt verwendeten Methoden und Modelle werden jedoch anhand von allgemeinen Netzstrukturen eingeführt und validiert, so dass die Resultate den Anspruch auf Allgemeingültigkeit innerhalb des jeweils vorgestellten Scopes erheben dürfen. Dieser Schlussbericht besteht inhaltlich aus zwei Hauptteilen: Im Kapitel 4 werden die Methoden der Simulationen vorgestellt, im Kapitel 6 die Resultate der Simulationen. Das im Kapitel 4.2 vorgestellte Simulationsmodell bildet die Basis der Methodik dieses Projekts. Es besteht aus einem Lastprofilgenerator zur realistischen Nachbildung von Haushaltslasten und einem Meteodatengenrator, welcher stochastische Einstrahlungs-, Wind- und Temperaturzeitreihen für einen Standort generiert. In einem auf MATLAB basierenden Framework werden die Meteodaten zu Leistungsdaten von PV-Anlagen umgerechnet und mit den generierten Haushaltslastprofilen sowie vorgegebenen Netzdaten in der AC-Lastflussberechnung von MATPOWER ausgewertet. Der zweite Hauptteil (Kapitel 6) besteht aus Resultaten, welche durch die Anwendung des Simulationsmodells auf verschiedene Netze und PV-Regelungsalgorithmen generiert werden. Verschiedene Berechnungsmethoden und Regelungsalgorithmen zur Bestimmung der Aufnahmekapazität von Photovoltaik im Verteilnetz werden anhand von drei Netztypen ausgewertet. Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor: Basler & Hofmann AG Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors: Bucher,Christof Betcke,Jethro Bletterie,Benoît
Schlussbericht (Englisch)	The PV hosting capacity of a low voltage distribution grid is investigated in detail in this project. A simulation framework is set up in order to simulate various methods and approaches to increase the PV hosting capacity of a distribution grid. The simulation approach is mainly based on two algorithms: The first algorithm generates stochastic household load profiles and the second generates stochastic irradiance data, both using a sampling rate of one to five minutes for most simulations. Applying this data to an electrical power distribution grid containing a significant number of photovoltaic systems, realistic power flow and system voltage scenarios are obtained. The results are used to precisely answer a broad range of questions concerning grid integration of photovoltaic systems. The main purpose of this simulation framework is to find the maximum photovoltaic power which can be installed in a given distribution grid and to evaluate different measures to raise this limit. These methods consider 1) state of the art grid connection 2) correlation between load and PV 3) use of reactive power control 4) active power curtailment 5) orientation change of PV power systems 6) application of decentralised storage, 7) demand side management and 8) on load tap changing transformers. These methods are applied to three network cases: First to a lumped load and PV model consisting of one line and one load and PV cluster. In a second step, this model is extended to a radial feeder consisting of ten network nodes, and finally the simulation approach is tested in a case study using part of the distribution power grid of the city of Zurich. In the results of this project, it is shown that the PV hosting capacity of a distribution power grid can be increased significantly using the investigated methods and measures. The "costs and benefits" of every method in terms of technical impacts on the PV power plants and the grid are quantified. Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor: Basler & Hofmann AG Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors: Bucher,Christof Betcke,Jethro Bletterie,Benoît Zugehörige Dokumente DiGASP – Distribution Grid Analysis and Simulation with Photovoltaics - Schlussbericht/Jahresbericht (high res.) [PDF] 2'995 kB DiGASP – Distribution Grid Analysis and Simulation with Photovoltaics - Schlussbericht/Jahresbericht (low res.) [PDF] 2'824 kB

Kategorie

Text

Schlussbericht
(Deutsch)

Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) im Netzverbund haben seit der Jahrtausendwende weltweit ein beispielloses Marktwachstum erfahren. Die elektrischen Netze wie auch die Normengebung für die Anschlussbedingungen von PV-Anlagen in den Netzen konnten mit diesem Wachstum nicht Schritt halten. Einer der Gründe dafür ist, dass viele technische Fragen in diesem Gebiet noch nicht zufriedenstellend beantwortet sind. "Wie viel Photovoltaik verträgt ein Verteilnetz" ist die zentrale Frage dieses Projekts. Der Fokus liegt dabei auf Niederspannungs-Verteilnetzen (Netzebene 6 und 7) in sowohl städtischen wie auch ländlichen Wohngebieten der Schweiz. Alle in diesem Projekt verwendeten Methoden und Modelle werden jedoch anhand von allgemeinen Netzstrukturen eingeführt und validiert, so dass die Resultate den Anspruch auf Allgemeingültigkeit innerhalb des jeweils vorgestellten Scopes erheben dürfen. Dieser Schlussbericht besteht inhaltlich aus zwei Hauptteilen: Im Kapitel 4 werden die Methoden der Simulationen vorgestellt, im Kapitel 6 die Resultate der Simulationen. Das im Kapitel 4.2 vorgestellte Simulationsmodell bildet die Basis der Methodik dieses Projekts. Es besteht aus einem Lastprofilgenerator zur realistischen Nachbildung von Haushaltslasten und einem Meteodatengenrator, welcher stochastische Einstrahlungs-, Wind- und Temperaturzeitreihen für einen Standort generiert. In einem auf MATLAB basierenden Framework werden die Meteodaten zu Leistungsdaten von PV-Anlagen umgerechnet und mit den generierten Haushaltslastprofilen sowie vorgegebenen Netzdaten in der AC-Lastflussberechnung von MATPOWER ausgewertet. Der zweite Hauptteil (Kapitel 6) besteht aus Resultaten, welche durch die Anwendung des Simulationsmodells auf verschiedene Netze und PV-Regelungsalgorithmen generiert werden. Verschiedene Berechnungsmethoden und Regelungsalgorithmen zur Bestimmung der Aufnahmekapazität von Photovoltaik im Verteilnetz werden anhand von drei Netztypen ausgewertet.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Basler & Hofmann AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bucher,Christof
Betcke,Jethro
Bletterie,Benoît

Schlussbericht
(Englisch)

The PV hosting capacity of a low voltage distribution grid is investigated in detail in this project. A simulation framework is set up in order to simulate various methods and approaches to increase the PV hosting capacity of a distribution grid. The simulation approach is mainly based on two algorithms: The first algorithm generates stochastic household load profiles and the second generates stochastic irradiance data, both using a sampling rate of one to five minutes for most simulations. Applying this data to an electrical power distribution grid containing a significant number of photovoltaic systems, realistic power flow and system voltage scenarios are obtained. The results are used to precisely answer a broad range of questions concerning grid integration of photovoltaic systems. The main purpose of this simulation framework is to find the maximum photovoltaic power which can be installed in a given distribution grid and to evaluate different measures to raise this limit. These methods consider 1) state of the art grid connection 2) correlation between load and PV 3) use of reactive power control 4) active power curtailment 5) orientation change of PV power systems 6) application of decentralised storage, 7) demand side management and 8) on load tap changing transformers. These methods are applied to three network cases: First to a lumped load and PV model consisting of one line and one load and PV cluster. In a second step, this model is extended to a radial feeder consisting of ten network nodes, and finally the simulation approach is tested in a case study using part of the distribution power grid of the city of Zurich. In the results of this project, it is shown that the PV hosting capacity of a distribution power grid can be increased significantly using the investigated methods and measures. The "costs and benefits" of every method in terms of technical impacts on the PV power plants and the grid are quantified.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Basler & Hofmann AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bucher,Christof
Betcke,Jethro
Bletterie,Benoît

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