Estimation of PV location in distribution systems based on voltage sensitivities

Abstract

El impacto de la penetración de energía solar en redes de distribution puede tener efectos significativos en los voltajes de cada nodo. Con el objeto de mantener una correcta planificación, control y operación de sistemas de potencia, es necesario que las compañías eléctricas al cargo de la distribución de energía mantengan al día la base de datos sobre los sistemas fotovoltaicos que existen en el sistema. Este trabajo describe un método eficiente para determinar de forma precisa la localización de paneles solares en redes de distribución. Dicho método se basa en la disposición de la magnitud de voltage en cada nodo, y un modelo del sistema que nos permite predecir el impacto esperado del sistema FV en los voltajes del sistema. Para ello, el algoritmo no solo usa las sensibilidades de voltaje respecto a la inyección de potencia activa en cada nodo, sino también el impacto de dispositivos de regulación discreta de voltaje como bancos de condensadores o reguladores de voltaje. De esta forma, el modelo admite cambios en voltage debido a elementos que no son únicamente sistemas fotovoltaicos, permitiendo la estimación del cambio de taps en los reguladores de voltage y la conexión/desconexión de condensadores a la red. Se ha comprobado el buen funcionamiento método en multiple escenarios de sistemas fotovoltaicos y distintas redes de distribution. En particular, se han usado los sistemas de distribución IEEE13 y IEEE123 para hacer simulaciones bajo la acción de multiples sistemas fotovoltaicos de una y tres fases. Se ha demostrado mediante el test Chi-Cuadrado que el método proporciona resultados precisos y con alto nivel de confianza en cuanto a la correcta predicción de los sistemas fotovoltaicos.

High penetration of solar photovoltaics can have a significant impact on the power flows and voltages in distribution systems. In order to support distribution grid planning, control and optimization, it is imperative for utilities to maintain a database of the location and sizes of PV systems. This research describes an efficient method to determine the location of solar PV systems in distribution circuits, based on voltage magnitude measurement streams and an accurate model of the distribution system that let us study the expected impact of PV on the magnitude voltage measurements. The algorithm leverages the expected impact of solar injection variations on circuit voltages and takes into account the operation and impact of changes in voltage due to discrete Voltage Regulation Equipment (VRE). The estimation model enables recovering the most likely location of PV systems, as well as voltage regulator tap and switching capacitors state changes. The method has been tested on individual and multiple PV systems, using the Chi-Square test as a metric to evaluate the goodness of fit. Simulations on the IEEE 13-bus and IEEE 123-bus distribution feeders demonstrate the ability of the method to provide consistent estimations of PV locations and VRE actions, even when certain measurements in the feeder are missing.