A Novel Hybrid Network Architecture to Increase DG Insertion in Electrical Distribution Systems

ABSTRACT

Distribution networks will experience a deep mutation concerning their planning and operation rules due to the expected increase of distributed generation (DG) interconnection to the grid. Indeed, the opening of the electricity market or the growing global concern for environmental issues will lead to a massive development of DGs. Yet, a too large amount of DGs could raise technical problems on distribution networks which have not been planned to operate with bi-directional power flow. The existing solutions to solve marginal DG connections could be no longer relevant. The distribution network definitely has to evolve towards a smarter and more flexible network. Two possible ways to reach this goal are through new architectures and developing intelligent systems. This paper focuses on new architectures and operating modes. The traditional radial distribution network could accept more DGs by introducing appropriately specific loops. A new hybrid structure enabling the coexistence of the radial and meshed operation is proposed. It is equipped with autonomous circuit-breakers and automated switches that improve its reliability. A heuristic algorithm is also proposed to build this new architecture while ensuring the equality of consumers with respect to the continuity of service and while minimizing the global cost.

INTRODUCTION

THE distributed generators (DGs) are small production units based either on renewable energy sources (such as wind and solar photovoltaic) or conventional energy (such as small gas engines or diesel generators) that are connected to the distribution network. Their installed capacity reaches 10 MW in the USA and 12 MW in France . In the near future, the growing concern for environmental issues as well as for the security of supply is expected to lead to the development of local renewable DGs. These power sources will be connected to the distribution network which had been designed to see only unidirectional power flows, from upstream to load. Nevertheless, concerning consumption and production conditions, DGs have been reported to have considerable impacts on the distribution network . First, DGs can modify the electrical values such as voltages, currents, and power flow. The voltage profile in the distribution network depends on both the injected active and reactive power by DGs and the loads. It is presently well known that the interconnection of DGs can lead to the violation of voltage limits, to the dysfunction, and even the deterioration of the network components.

چکیده

شبکه های توزیع با توجه به افزایش انتظار برای افزایش تولید پراکنده (DG) به شبکه، یک جهش عمیق در مورد برنامه ریزی و قوانین عملیاتی خود ایجاد می کنند. در واقع، باز شدن بازار برق و یا نگرانی رو به رشد جهانی در مورد مسائل زیست محیطی، منجر به توسعه گسترده DG ها خواهد شد. با این حال، مقدار زیادی از DG ها می تواند مشکلات فنی در شبکه های توزیع را ایجاد کند که برای جریان برق دو طرفه برنامه ریزی نشده است. راه حل های موجود برای حل ارتباطات DG مرزی دیگر نمی تواند مرتبط باشد. شبکه توزیع قطعا باید به یک شبکه هوشمندتر و انعطاف پذیرتر تبدیل شود. دو راه ممکن برای رسیدن به این هدف از طریق ساختارهای جدید و توسعه سیستم های هوشمند است. این مقاله بر معماری و حالت های جدید تمرکز دارد. شبکه توزیع شعاعی سنتی می تواند DG های بیشتری را با معرفی حلقه های مناسب مشخص، قبول کند. یک ساختار هیبرید جدید که امکان همزمانی عملیات شعاعی و پیچیده را پیشنهاد می دهد. این مجهز به قطع کننده های خودکار و سوئیچ های خودکار است که قابلیت اطمینان آن را افزایش می دهد. الگوریتم اکتشافی نیز برای ساختن این معماری جدید پیشنهاد شده است، در حالی که اطمینان از برابری مصرف کنندگان با توجه به تداوم سرویس و در عین حال کم کردن هزینه های جهانی است.

مقدمه

ژنراتورهای توزیع شده (DGs) واحدهای تولیدی کوچک بر اساس منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند فتوولتائیک باد و خورشید) یا انرژی معمولی (مانند موتورهای گاز کوچک یا ژنراتورهای دیزلی) هستند که به شبکه توزیع متصل هستند. ظرفیت نصب شده آنها در ایالات متحده 10 مگا وات و در فرانسه 12 مگاوات است. انتظار می رود نگرانی رو به رشد مسائل محیط زیست و همچنین امنیت تامین در آینده نزدیک به توسعه منابع محلی محلی احیا شود. این منابع قدرت به شبکه توزیع متصل می شوند که طراحی شده است تا جریان های قدرت تنها یک طرفه را ببیند، از بالا به سمت بارگذاری. با این وجود، درمورد شرایط مصرف و تولید، DG ها تاثیرات قابل توجهی بر شبکه توزیع داشته اند. اولا DGs می توانند مقادیر الکتریکی مانند ولتاژ، جریان و جریان برق را تغییر دهند. مشخصات ولتاژ در شبکه توزیع به نیروی فعال و واکنش تزریقی توسط DGs و بارها بستگی دارد. در حال حاضر به خوبی شناخته شده است که اتصال DG ها می تواند منجر به نقض محدودیت های ولتاژ، اختلال عملکرد و حتی خرابی اجزای شبکه شود.

Year: 2011

Publisher : IEEE

By : Marie-Cécile Alvarez-Hérault, Damien Picault, Raphael Caire, Bertrand Raison, Nouredine HadjSaid and Wojciech Bienia