Steady-state model of grid connected photovoltaic generation for power flow analysis and grid code requirements

Abstract

A new model of a grid-connected photovoltaic (PV) plant suitable for power flow analysis is proposed in this thesis. Unlike existing models, the proposal departs from the equivalent generator representation of the PV plant and is based instead on the operation and control modes of PV panels and voltage source converters (VSC). The resulting set of nonlinear equations is assembled together with the network's equations to formulate a generalized power ow problem in a unified frame of reference, which is efficiently solved by using the Newton-Raphson algorithm. The complementarity condition approach is adopted for directly including all operation and control mode constraints of the PV plant in the power flow formulation, which permits the simultaneous and automatic handling of limits of all state variables associated with these constraints during the iterative solution process. This also makes it possible to consider the technical requirements established in grid codes for the interconnection of asynchronous generation to the electrical system; in particular, requirements established in the Mexican Grid Code have been included. The effectiveness of the proposed method is fully demonstrated by numerical examples.

En esta tesis se propone un nuevo y novedoso modelo de una Planta Fotovoltaica que tiene por objetivo principal el análisis en el problema de flujos de potencia. A diferencia de los modelos existentes, esta propuesta no es considerada como un modelo de generador equivalente, en cambio, se basa fielmente en los modos de control de los generadores PV y su convertidor asociado. El conjunto resultante de ecuaciones no lineales es acoplado con las ecuaciones que describen la red para formular un problema de flujos de potencia generalizado en un marco de referencia unificado, el cual es eficientemente resuelto usando un algoritmo Newton-Raphson. Se toma en cuenta un enfoque de condiciones de complementariedad para incluir todas las restricciones de operación de la Planta Fotovoltaica en la formulación del problema de flujos de potencia, lo que permite un manejo simultaneo y automático de los límites de todas las variables de estado asociadas a estas restricciones durante el proceso iterativo de solución. Esto permite, además, considerar los requisitos técnicos establecidos en códigos de red para la interconexión de generación asíncrona a la red eléctrica; en particular, se han incluido los requerimientos establecidos en el Código de Red de México. La efectividad del método propuesto es demostrado con simulaciones y ejemplos numéricos.