A study on the restructuring of LV networks

João Miguel Branco Gomes

Key information

Authors:

João Miguel Branco Gomes (João Miguel Branco Gomes)

Supervisors:

Luís António Fialho Marcelino Ferreira (Luís António Fialho Marcelino Ferreira); Célia Maria Santos Cardoso de Jesus (Célia Maria Santos Cardoso de Jesus)

Published in

06/20/2023

Abstract

A escassez dos recursos energéticos não renováveis como carvão, óleo e gás natural, aliada a uma maior consciencialização ambiental por parte da população, suscitou o interesse em alternativas de geração renováveis e em maneiras de transporte não-poluentes. Em muitos países surgiu legislação para incentivar os consumidores a produzirem eletricidade localmente, assim como benefícios para utilizadores de veículos elétricos (VEs). A integração destes recursos em massa na rede elétrica vai causar dois grandes problemas: Em primeiro lugar, a integração de geração distribuída (GD) torna possível a injeção de potência na rede a nível da distribuição ou mesmo no nível do consumidor final. Sendo que o sistema elétrico foi concebido com o paradigma da geração centralizada, existe uma alteração de dinâmica do sistema. Em segundo lugar, a potência que estará a transitar na rede elétrica será muito mais elevada durante alturas em que existe um excesso de geração fotovoltaica ou quando existe um carregamento simultâneo de EVs, podendo causar problemas na qualidade do serviço (QoS). O investimento em tecnologias de uso de flexibilidade operacional sem dúvida que ajudará a distribuir melhor o transito de potência ao longo das 24h do dia, mas a carga média ainda sofrerá uma subida considerável. Assim, toda esta nova gestão estará dependente do investimento do operador de rede em novas infraestruturas e no reforço da rede elétrica, assegurando assim todas as funções da rede e toda a qualidade de serviço. Numa perspetiva de grande crescimento de penetração de GD e de compra de VEs, é então fundamental reforçar a rede elétrica de baixa tensão (BT). O objetivo deste trabalho é avaliar o impacto que a introdução de GD e de VEs tem na QoS e restruturar a rede elétrica de BT de maneira a tornar a rede capaz de acomodar estas tecnologias, mantendo-se dentro dos valores standard de qualidade de energia. De maneira a atingir o objetivo deste trabalho, são analisadas duas redes distintas: uma rede modelo e uma rede realista, aplicando a restruturação proposta a cada uma delas e comparando os resultados obtidos na simulação. Non-renewable energy resource scarcity, like coal, oil, and natural gas, alongside burgeoning environmental consciousness, has spurred interest in clean alternatives for power generation and transportation. Nations worldwide incentivize localized electricity production and the use of electric vehicles, driving significant shifts in energy consumption and generation patterns. However, the inclusion of these green resources into the electrical grid poses two primary challenges. First, distributed generation, enabling power injection at the consumer level, disturbs the traditional, centralized generation paradigm. Second, power flow through the grid intensifies during periods of high photovoltaic generation or concurrent EV charging, negatively affecting the quality of service. Though operational flexibility investments allow better power flow management, the average load still witnesses a marked increase. Hence, successful accommodation of these changes requires network operators to invest in new infrastructure and grid reinforcement, thereby maintaining all network functions and ensuring QoS. Given projected increases in DG usage and EV adoption, reinforcing the low-voltage electrical grid is essential. This study aims to evaluate the DG and EV integration impact on QoS, suggesting a restructuring strategy for the LV grid. This restructuring accommodates these technologies while conforming to power quality standards. The study examines two networks - a model network and a real network. The proposed restructuring plan is applied to both, with simulation results compared subsequently to assess the solution's efficacy. This comparative analysis is key to understanding how the grid can evolve to meet the demands of a renewable-powered future.