تعيين مكان‌، اندازه و بهره برداري بهينه باتري و فيلتر پسيو براي غلبه بر مشكلات اضافه ولتاژ و هارمونيك در يك شبكه توزيع برق با ضريب نفوذ بالاي سامانه‌هاي فتوولتاييك

Optimal Sitting, Sizing, and Operation of Batteries and Passive Filters to Mitigate Over-voltage and Harmonic Problems in Distribution Networks with High Photovoltaic Penetration

سامانه هاي فتوولتاييك با وجود مزاياي فراوان ممكن است آثار سوئي همانند مسائل كيفيت توان (افزايش ولتاژ و هارمونيك)، افزايش سطح اتصال كوتاه، مسائل حفاظت و گذرا براي شبكه به همراه داشته باشند. دسته اي از اين آثار، ناشي از ضريب نفوذ بالاي اين سامانه‌ها است كه شبكه را با پديده افزايش ولتاژ و هارمونيك مواجه مي سازد. در اين مقاله مكان‌، اندازه و بهره برداري بهينه باتري و فيلتر پسيو به صورت جداگانه و هم‌زمان، به‌منظور ارائه اقدامات عملي براي غلبه بر مشكلات اضافه ولتاژ و هارمونيك تعيين شده است. در تابع هدف اقتصادي مسئله، هزينه ثابت و بهره‌برداري باتري و فيلتر پسيو در نظر گرفته شده و قيود به‌صورت محدود شدن هارمونيك كل ولتاژ و ولتاژ موثر باس هاي شبكه در بازه استاندارد تعريف گرديده‌اند. با در نظر گرفتن سود ناشي از خريد و فروش انرژي و كاهش تلفات شبكه در تابع هدف، اين نتيجه حاصل شده است كه استفاده از فيلتر به‌تنهايي، داراي كمترين هزينه به ميزان 736 دلار است (اما منجر به فراتر رفتن اندازه ولتاژ موثر از مقدار مجاز 5% مي شود). همچنين استفاده از باتري و فيلتر به‌صورت هم‌زمان، داراي بيشترين كاهش تلفات به ميزان 4.1kwh است كه ميزان هارمونيك كل ولتاژ و ولتاژ موثر باس ها نيز در محدوده مجاز 5% قرار مي گيرند. همچنين كابل‌ها، خطوط و ترانسفورماتور شبكه به‌صورت وابسته به فركانس مدلسازي شده‌اند. شبكه مورد مطالعه، يك فيدر فشار ضعيف واقعي شامل دو سامانه فتوولتاييك مي باشد كه در شبيه سازي ضريب نفوذ آنها افزايش داده شده است. شبيه سازي ها، توسط نرم‌افزارهاي digsilent و matlab و با استفاده از ارتباط آنها به هم انجام شده است.

Photovoltaic systems (PVs), despite their many advantages, may have effects such as power quality issues (voltage and harmonics increase), short-circuits level increase, protection issues, and transient stability for network. Some of these effects are due to the high PV penetration, which encounters the network with the over-voltage and harmonics problems. In this paper, the location, size and optimal operation of batteries and the passive filters are proposed separately and simultaneously to provide a practical solution to overcome the over-voltage and harmonic problems. In the economic objective function, the fixed and operation costs of batteries and passive filters are considered and constraints are defined to limit the total harmonic voltage and effective voltage of the network buses below the standard ranges. Taking into account the profit of energy arbitrage and reduction of network losses in the objective function, it is concluded that the use of the filter alone has the lowest cost of 736 $ (but results in an effective voltage increase beyond the permissible limit). Also, simultaneous use of battery and filter resulted in the highest loss reduction of 4.1 kWh, with the total harmonic voltage and effective voltage of the network buses are within the 5% range. Also, cables, overhead lines, and transformer are modeled by frequency-dependent characteristics. The studied network is composed of a real low voltage feeder including two PVs; however, in simulations, the PV penetration is increased to study a more challenging situation. Simulations are carried out by using DIgSILENT and MATLAB software and their interface.