Defining control strategies for photovoltaic reconnection in islanded microgrids

Abstract

The increasing integration of photovoltaic systems in recent years challenges power systems with respect to their reliability, security and stability. Frequency stability is one specific problem. Sudden disconnects or connects of large amounts of photovoltaic systems without explicit countermeasures may result in substantial decrease or increase of the power system’s frequency. This can cause load shedding actions, disconnection of other generating units, or, as worst case, a black-out. These problems which occur after the disconnection and connection of photovoltaic systems are even more severe within islanded microgrids, because frequency changes quickly when there is a power mismatch due to their low system inertia. In this paper, an islanded microgrid, including a conventional generator, a photovoltaic array and a lumped load, is used as a study case to investigate the reconnection challenges of photovoltaic systems in those electrical networks with relative low inertia. Four different control scenarios, which regulate the strategy for photovoltaic reconnection, and their communication requirements are described, analyzed and compared.

Zusammenfassung

Die zunehmende Integration von Photovoltaik-Anlagen in den letzten Jahren führt zu Herausforderungen der Energiesysteme in Bezug auf die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Stabilität. Frequenzstabilität ist dabei ein spezifisches Problem. Ein plötzliches Zu- oder Wegschalten von großen Mengen an Photovoltaik-Anlagen ohne explizite Gegenmaßnahmen kann eine erhebliche Verringerung oder Erhöhung der Frequenz des Energiesystems zur Folge haben. Dies kann zu Lastabwürfen, Trennungen von anderen Erzeugern oder schlimmstenfalls einem Black-out führen. Diese Probleme, die nach dem Zu- und Wegschalten von Photovoltaik-Anlagen auftreten, sind noch gravierender in Inselnetzen, weil sich dort, wegen der geringen Trägheit des Systems, die Frequenz schnell ändert, wenn es ein Leistungsungleichgewicht gibt. In diesem Artikel wird ein Inselnetz, bestehend aus einem konventionellen Generator, einer Photovoltaik-Anlage und einer kumulierten Last, als Fallstudie verwendet, um die Herausforderungen der Wiederverbindung von Photovoltaik-Anlagen in elektrischen Netzen mit relativ geringer Trägheit zu untersuchen. Weiters werden vier verschiedene Regelungsszenarien mit Regelstrategien für die Wiederverbindung von Photovoltaik-Anlagen und ihre Kommunikationsanforderungen beschrieben, analysiert und verglichen.