Unbalance analysis of a real low voltage Danish network in presence of electric vehicles and small size photovoltaic plants

This thesis has been developed in collaboration with the Danmarks Tekniske Universitet (DTU) in the Risø-campus located in Roskilde (Denmark). This work is part of a research project aimed to integrate the electric vehicles in existing low voltage network. In Denmark, household consumers are supplied with three phase with neutral cable. In addition, the distribution service operator cannot decide to which phase electrical appliance are connected. The technician who realizes the installation connects them according to his technical expertise. This may results in heavy unbalances. This thesis uses a real Danish distribution system with household consumers, photovoltaic installation and electrical vehicles. In this thesis two methods aimed to unbalances reduction are present. The first regards the photovoltaic installation. Photovoltaic installation, which have been equipped with a reactive power control inspired to the Italian CEI-021. The Italian standard has been used because in Denmark low voltage distributed penetration rate is quite low. The second method regards the electric vehicles charging spots. Commonly, they are equipped with single-phase converters. According to the designed control strategy, the charging spot can select the phase to used for the charge. The selection is done according to the logic that the lower is the phase voltage magnitude the lower is the load on this phase. In addition, converters have been equipped with the same capability same, although inverted, reactive power control capability given to photovoltaic installations.

Questo lavoro di tesi è stato sviluppato in collaborazione con la Danmarks Tekniske Universitet (DTU) presso il Risø-campus di Roskilde (Danimarca). Il lavoro è parte di un progetto di ricerca circa l’integrazione dei veicoli elettrici nelle reti di distribuzione. In Danimarca, le utenze domestiche vengono alimentate da reti a quattro fili, tre fasi con neutro. In aggiunta, al gestore dei servizi di distribuzione non è concesso conoscere né l’entità né tantomeno la natura dei carichi connessi sulle singole fasi. Questi vengono connessi in maniera del tutto casuale dall’ installatore dell’ impianto elettrico. Di conseguenza sulla rete è presente una situazione di forte squilibrio. Il lavoro prende in considerazione una reale rete danese in cui sono presenti carichi domestici, pannelli fotovoltaici e veicoli elettrici. Nel testo sono presentati due possibili approcci volti alla riduzione degli squilibri di rete. Il primo metodo riguarda la regolazione di tensione mediante ł’ utilizzo delle installazioni fotovoltaiche presenti. La regolazione prevede il controllo di tensione grazie alla gestione dei flussi di potenza reattiva. La gestione è coordinata con l’iniezione di potenza attiva da parte dei generatori ed è svolta dal convertitore di interfaccia. La tecnica prende ispirazione dalla norma italiana CEI-021 poiché in Danimarca, a causa della scarsa penetrazione di risorse rinnovabili e distribuite, non si è ancora resa necessaria l’introduzione di un apparato normativo specifico. Il secondo metodo, è un nuovo approccio alla ricarica dei veicoli elettrici. Partendo dal presupposto che i punti di ricarica sono equipaggiati con convertitori monofasi è stata data la possibilità a questi di scegliere la fase su cui ricaricare il veicolo. Secondo la logica usata, la fase su cui i veicoli devono ricaricarsi è quella con la tensione più alta, quindi meno carica. Tutta l’operazione è svolta localmente ed in maniera autonoma dalle stazioni di ricarica. In aggiunta, i convertitori per i veicoli elettrici sono stati equipaggiati con un controllo di tensione. Questo lavora in base al medesimo principio dei i pannelli fotovoltaici ma su una caratteristica di regolazione opposta.