Problems of Ensuring the Quality of Electricity in Microgrids Based on Hybrid Power Systems with Photovoltaic Power Systems
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2025-181-4-22-31Keywords:
renewable energy sources, quality of electricity, photovoltaic power plants, hybrid inverters, autonomous operation, impact of reactive loadAbstract
The quality of electric energy (EE) in microgrids with hybrid photovoltaic (PV) power plants was investigated in terms of compliance with current regulatory documents and the identification of recommendations for their improvement to take into account the peculiarities of the operation of such plants.
Information and measuring unit (IMU) was developed on the basis of the existing hybrid PV power plant, which made it possible to obtain data on grid parameters with high accuracy, using modern measuring devices from Metrel and Seaward companies. The measurements, conducted in real conditions allowed to identify the characteristic features of voltage formation at the output of inverters operating in different modes, as well as to identify t main NPS problems during the autonomous operation of hybrid PV power plants.
During the experiment, main indicators of electric power quality (EPQ) in microgrids with hybrid PV systems under different operating conditions were investigated in accordance with paragraphs 11.4.7—11.4.12 [1]. In particular, the change in quality indicators in different modes of inverter operation (autonomous and synchronous operation) during idle operation and with different types and capacities of connected loads. In addition, the quality of voltage from inverters of different topology and cost was tested.
As a result of the study, graphical dependences of the operation of DC/AC inverters in synchronous and autonomous operation modes with the United Energy System of Ukraine (UES-U) were obtained. The degrees of EE degradation were determined, which manifested themselves in harmonic distortion, frequency deviations, and increase in the flicker level. The limitations of current regulatory documents, in particular, standards and methodologies in terms of the operation of hybrid inverters in autonomous mode and the use of equipment with a transformerless topology and a modified sine wave, are revealed. Experimentally, we determined the permissible levels of reactive-active load, the excess of which can lead to an increase in the error of measuring devices. In addition to metering devices, harmonic voltage distortion directly affects energy losses during electricity transportation, the operation of electrical installations, and the level of insulation degradation in the power grid.
References
Національна комісія, що здійснює державне регулювання у сферах енергетики та комунальних послуг (14.03.2018), № 310 Кодекс систем розподілу. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/v0310874-18#text.
Renewable Energy Market Update – Outlook for 2023 and 2024. European Commission. 10.07.2023. [Online]. Available: URL: https://surl.li/xpjdmk . Accessed on: March 20, 2025.
Міністерство економіки України (25.06.2024), № 587-р. Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://me.gov.ua/view/bb0b9ef5-ea96-4b8a-8f2f-471faf32c9df .
Міністерство енергетики України (13.08.2024) № 761-р. Національний план дій з відновлюваної енергетики на період до 2030 року. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/761-2024- %D1 %80#Text
G. Hołdyński, Z. Skibko, A. Firlit, and W. Walendziuk, “Analysis of the Impact of a Photovoltaic Farm on Selected Parameters of Power Quality in a Medium-Voltage Power Grid,” Energies, no. 17(3), pp. 623, 2024. https://doi.org/10.3390/en17030623 .
M. J. Ortega, J. C. Hernández, and O. G. García, “Measurement and assessment of power quality characteristics for photovoltaic systems: Harmonics, flicker, unbalance, and slow voltage variations,” Electric Power Systems Research, vol. 96, pp. 23-35, 2013. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2012.11.003 .
M. Kopicka, M. Ptacek, and P. Toman, “Analysis of the power quality and the impact of photovoltaic power plant operation on low-voltage distribution network,” 2014 Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ), Rakvere, Estonia, pp. 99-102, 2014. https://doi.org/10.1109/PQ.2014.6866792 .
Abdul Kadir, A. F. T. Khatib, and W. Elmenreich, “Integrating Photovoltaic Systems in Power System: Power Quality Impacts and Optimal Planning Challenges,” Int. J. Photoenergy, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/321826 .
O. Amirullah Penangsang, and A. Soeprijanto, “Effect of Installation of Photovoltaic (PV) Generation to Power Quality in Industrial and Residential Customers Distribution Network,” in Proceedings of the 2015 International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA), Surabaya, Indonesia, 20-21 May 2015, pp. 193-200.
A. Elkholy, “Harmonics assessment and mathematical modeling of power quality parameters for low voltage grid connected photovoltaic systems,” Solar Energy, vol. 183, pp. 315-326, 2019. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.03.009 .
A. Kalair, N. Abas, A. R. Kalair, Z. Saleem, and N. Khan, “Review of harmonic analysis, modeling and mitigation techniques,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 78, pp. 1152-1187, 2017. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.121 .
О. Ю. Гаєвський та ін. «Ефективність однофазного інвертора фотоелектричної станції та гармонічні спотворення при різних рівнях навантаження,» Енергетика: економіка, технології, екологія, № 2, с. 26-34, 2017.
IEC 62446-2:2020 Photovoltaic (PV) systems - Requirements for testing, documentation and maintenance - Part 2: Grid connected systems - Maintenance of PV systems Systems . [Online]. Available: https://webstore.iec.ch/en/publication/27382 .
ДСТУ EN 61000-4-30:2022, Електромагнітна сумісність (EMC). Частина 4-30. Методи випробування та вимірювання. Методи вимірювання якості електроенергії (EN 61000-4-30:2015, IDT; IEC 61000-4-30:2015, IDT). [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=106274 .
ДСТУ EN 50160:2023, Характеристики напруги електропостачання в електричних мережах загальної призначеності (EN 50160:2022, IDT). [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://cutt.ly/remoJu9g .
IEEE 519-2022 Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems. [Online]. Available: https://standards.ieee.org/ieee/519/10677/ .
1459-2010 — IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/5439063 .
ДСТУ EN 62109-1:2014. Безпечність силових перетворювачів, застосовуваних у фотоелектричних системах. Частина 1. Загальні вимоги. (EN 62109-1:2010, IDT; IEC 62109-1:2010, IDT). [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=77127 .
ДСТУ EN 62109-2:2014 Безпечність силових перетворювачів, застосовуваних у фотоелектричних системах. Частина 2. Спеціальні вимоги до інверторів (EN 62109-2:2011, IDT; IEC 62109-2:2011, IDT). [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=91605 .
Постанова НКРЕКП «Про затвердження Змін до Кодексу систем розподілу» від 15.04.2025 № 550. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0550874-25#Text .
Р. І. Грицак, і А. В. Яворський, «Порівняльний аналіз якості електричної енергії в ізольованих мережах змінного струму із системами резервного живлення на основі ФЕС,» Інформаційно-вимірювальні технології: тези доповідей ІІ міжнародної науково-практичної конференції, 13-14. 11.2024.
Р. І. Грицак, і А. В. Яворський, «Дослідження якості електроенергії при зміні режиму роботи гібридних інверторів в системах резервного живлення на основі ФЕС,» Mechanisms of Scientific and Technical Potential Development: Proceedings of the 4th International Scientific and Practical Internet Conference, November 14-15, 2024.
Downloads
-
pdf (Українська)
Downloads: 46
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
