Feeder flow control and operation in large scale photovoltaic power plants and microgrids : Part I Feeder ow control in large scale photovoltaic power plants : Part II Multi-microgrids and optimal feeder ow operation of microgrids

Abstract

Premi extraordinari doctorat UPC curs 2017-2018. Àmbit d’Enginyeria IndustrialThis thesis deals with the integration of photovoltaic energy into the electrical grid. For this purpose, two main approaches can be identified: the interconnection of large scale photovoltaic power plants with the transmission network, and the interconnection of small and medium-scale photovoltaic installations with the distribution network. The first part of the thesis is focussed on the interconnection of large scale photovoltaic power plants. Large scale photovoltaic power plants are required to provide different ancillary services to the electrical networks. For this purpose, it is necessary to control the active and reactive power injected by photovoltaic power plants at the point of interconnection, i.e. to control the power flow through the main feeder. In this direction, it is developed a central controller capable of coordinating the different devices of the photovoltaic power plants as photovoltaic inverters, FACTS, capacitor banks and storage. The second part is focused on the distributed generation, consisting on small and medium-scale generation facilities connected to the distribution system. In this context, distribution grids, traditionally operated as passive systems, become active operated systems. In this part, the microgrid concept is analysed, which is one of the most promising solutions to manage, in a coordinated manner, the different distributed energy resources. Taking into account the possible transformation of the current distribution system to a multi-microgrid based system, the different architectures enabling microgrids interconnections are analysed. For the multi-microgrid operation, it could result interesting that a portion of their networks operate so that the power exchange is maintained constant, i.e. controlling the power flow at the main feeder. In this thesis, an optimal power flow problem formulation for managing the distributed generation of these feeder flow controlled microgrids is proposed.La present tesi tracta de la integració d'energia fotovoltaica en xarxes elèctriques. Per a tal finalitat, es poden identificar dues grans tendències en l'actualitat: la interconnexió de grans plantes de generació en la xarxa de transport (alta tensió), i la interconnexió de petites i mitjanes instal·lacions en la xarxa de distribució (mitja i baixa tensió). La primera part s'enfoca a la interconnexió de grans plantes de generació fotovoltaica. Degut als canvis dels darrers anys en el mix de generació elèctrica, les grans plantes de generació fotovoltaica es veuen obligades a donar diversos serveis de suport a les xarxes elèctriques. Per a aquesta finalitat, resulta necessari controlar la potencia activa i reactiva que la planta injecta en el punt de connexió, és a dir, controlar la potencia en la línia d’alimentació principal, feeder. En aquest sentit, es desenvolupa un controlador central capaç de coordinar els diferents elements de les plantes fotovoltaiques com els inversors fotovoltaics, FACTS, bancs de condensadors i bateries d'emmagatzematge. La segona part s'enfoca a l'anomenada generació distribuïda, de la que formen part les petites instal·lacions generadores connectades a la xarxa de distribució. En aquest context, aquestes xarxes passen de ser operades de forma passiva a forma activa. En aquesta part s'analitza el concepte de microxarxa, una de les solucions més prometedores per gestionar els diferents recursos distribuïts. Donat que es pot esperar una transformació del sistema de distribució actual a un sistema basat en multi-microxarxes, s'analitzen les diferents arquitectures amb les quals aquestes es poden interconnectar. Per la operació de multi-microxarxes pot resultar interessant que algunes microxarxes operin de forma que la potencia intercanviada amb la xarxa externa sigui constant, és a dir, controlant el flux de potencia de la línia d’alimentació principal. En aquesta tesi es realitza la formulació d'un problema d’optimització de fluxos de potencia per gestionar la generació distribuïda d'aquestes microxarxes.Award-winningPostprint (published version