Voltage regulation and voltage unbalance management in distribution network with high PV penetration using three-phase DVC

Due to the increase of renewable energy systems such as Photovoltaic (PV) and Distributed Generation (DG) systems in the distribution network in the past decades, voltage regulation, Power Quality (PQ), and Voltage Unbalance (VU) management have become significant issues in Low Voltage (LV) and Medium Voltage (MV) smart grids. The most remarkable characteristic of PV is that its output power is uncontrollable and directly depends on the instantaneous power coming from the sun. The unbalance voltage could be caused by asymmetrical loading and single-phase PV installations, and the randomness in the location and rating of PVs installed by residential customers may result in high VU in the distribution network. Furthermore, by increasing PV penetration, reverse power flow would occur more in the distribution network, which affects voltage regulation and causes voltage rise. On the other hand, sensitive loads like medical devices and many types of equipment in hospitals, universities, industrial companies, etc., may be destroyed or have less useful life due to interruptions and problems related to power quality concerns. To improve voltage (PQ) of the mains, there are some possible solutions such as using Static Var Compensator (STATCOM), Dynamic Voltage Restorer (DVR), Unified Power Quality Conditioner (UPQC), but Distribution System Operators (DSOs) are interested into a device that helps to mitigate both voltage rise/drop and voltage unbalance as well as regulate and restoring voltage effectively. In this thesis, a device that can satisfy the mentioned requirements will be researched, known as the Dynamic Voltage Conditioner (DVC), which is similar to DVR from the hardware configuration standpoint. However, some other features are added by changing the control logic, like reducing transients in voltage and several limits to compensate over/under voltage in both three-phase balanced and unbalanced have been studied in this thesis.

A causa dell’aumento dei sistemi di energia rinnovabile come il fotovoltaico e i sistemi di generazione distribuita nella rete di distribuzione negli ultimi decenni, la regolazione della tensione, la Power Quality e la gestione dello squilibrio di tensione sono diventati problemi significativi nelle smart grid di bassa tensione e media tensione. La caratteristica pi`u notevole del fotovoltaico `e che la sua potenza di uscita `e incontrollabile e dipende direttamente dalla potenza istantanea proveniente dal sole. Lo squilibrio di tensione potrebbe essere causato da un carico asimmetrico e da installazioni fotovoltaiche monofase, e la casualit`a nell’ubicazione e nella potenza degli impianti fotovoltaici installati dai clienti residenziali potrebbe causare un elevato VU nella rete di distribuzione. Inoltre, aumentando la penetrazione del fotovoltaico, il flusso di potenza inversa si verificherebbe maggiormente nella rete di distribuzione, il che influisce sulla regolazione della tensione e causa un aumento della tensione. D’altra parte, i carichi sensibili come i dispositivi medici e molti tipi di apparecchiature in ospedali, universit`a, aziende industriali, ecc, possono essere distrutti o avere meno vita utile a causa di interruzioni e problemi legati alla qualit`a dell’alimentazione. Per migliorare la tensione della rete, ci sono alcune possibili soluzioni come l’utilizzo di Static Var Compensator (STATCOM), Dynamic Voltage Restorer (DVR), Unified Power Quality Conditioner (UPQC), ma i Distribution System Operators (DSO) sono interessati a un dispositivo che aiuti a mitigare sia l’aumento/la caduta di tensione che lo squilibrio di tensione, oltre a regolare e ripristinare la tensione in modo efficace. In questa tesi, verr`a ricercato un dispositivo che pu`o soddisfare i requisiti menzionati, noto come Dynamic Voltage Conditioner (DVC), che `e simile al DVR dal punto di vista della configurazione hardware. Tuttavia, alcune altre caratteristiche sono aggiunte cambiando la logica di controllo, come la riduzione dei transitori di tensione e diversi limiti per compensare la sovra/sotto tensione sia trifase bilanciata che sbilanciata sono stati studiati in questa tesi.