Uporaba baterijskih hranilnikov električne energije za vzdrževanje ustreznega napetostnega profila v distribucijskih omrežjih

Ulčar, Maks (avtor), Blažič, Boštjan (mentor)

V diplomskem delu je predstavljena analiza napetostnih razmer v nizkonapetostnem (NN) elektroenergetskem omrežju ob uporabi oziroma priključitvi sončnih elektrarn in baterijskih hranilnikov električne energije. V zadnjih letih se zaradi usmeritev v trajnostni razvoj, zakonodajnih spodbud in možnosti subvencionirane samooskrbe močno povečuje število gospodinjstev, ki na svoje objekte nameščajo fotonapetostne sisteme. Takšna razpršena proizvodnja sicer prispeva k večji energetski neodvisnosti uporabnikov, hkrati pa povzroča nove izzive za delovanje distribucijskih omrežij, ki pogosto niso ustrezno prilagojena takšnim obratovalnim stanjem. Največji problem predstavljata regulacija kakovostne napetosti in obremenjenost transformatorskih postaj. V okviru naloge je bil izdelan simulacijski model realnega odseka NN omrežja, ki vključuje transformatorsko postajo, zbiralke, vode, porabnike, sončne elektrarne ter litij-ionske baterijske hranilnike. S pomočjo simulacijskega orodja so bili analizirani trije različni obratovalni režimi: osnovno stanje brez proizvodnih virov, stanje z vključitvijo sončnih elektrarn ter stanje z dodatkom hranilnikov. Vsak scenarij je bil obravnavan ločeno za zimski in poletni čas, saj se proizvodnja in poraba električne energije sezonsko precej razlikujeta. Analiza je bila usmerjena predvsem v spremljanje sprememb napetostnega profila po omrežju in obremenjenosti transformatorja pri različnih obratovalnih režimih. Poleg simulacijskih rezultatov so v nalogi vključene tudi razlage tehničnega delovanja baterijskih hranilnikov, principi upravljanja in shranjevanja električne energije ter osnovnih parametrov kakovosti in regulacije napetosti v NN omrežju. Obravnavani so bili tudi vidiki dolgoročne zanesljivosti sistema in trajnostne obravnave, vključno z možnostjo njihove reciklaže. Glavni namen naloge je bil prikazati, kako lahko litij-ionski baterijski hranilniki prispevajo k zanesljivejšemu in učinkovitejšemu obratovanju nizkonapetostnega omrežja z visokim deležem razpršene proizvodnje, ter oceniti primernost njihove vključitve v prihodnja omrežja brez večjih rekonstrukcij omrežja.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: Ključne besede: nizkonapetostno omrežje, razpršena proizvodnja, sončna elektrarna, baterijski hranilnik, litij-ionska baterija, napetostna analiza, simulacijski model, kakovost napetosti
• Vrsta gradiva: Diplomsko delo/naloga
• Tipologija: 2.11 - Diplomsko delo
• Organizacija: FE - Fakulteta za elektrotehniko
• Leto izida: 2025
• PID: 20.500.12556/RUL-172661
• COBISS.SI-ID: 262155779
• Datum objave v RUL: 10.09.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Use of battery energy storage systems for voltage profile control in distribution networks

Izvleček

This thesis presents an analysis of voltage conditions in a low-voltage distribution network under increasing integration of photovoltaic (PV) systems and battery energy storage systems. In recent years, the number of households installing PV systems on their buildings has grown rapidly, driven by policies promoting sustainable development, legal incentives, and subsidized self-sufficiency schemes. While such distributed generation contributes to greater energy independence for end users, it also introduces new challenges for the operation of distribution networks, which are often not fully adapted to such operating conditions. Primary concerns include maintaining voltage stability and avoiding transformer overloading. As part of the thesis, a simulation model of a real low-voltage network segment was developed. The model includes a transformer station, busbars, distribution lines, loads, photovoltaic systems, and lithium-ion battery storage units. Using simulation tools, three different operating scenarios were analyzed: a baseline case without local generation, a scenario with integrated PV systems, and a scenario with the addition of battery storage. Each scenario was examined separately for both winter and summer conditions, as energy production and consumption vary significantly with the seasons. The analysis focused primarily on monitoring voltage profile changes across the network and transformer loading under different operating conditions. In addition to the simulation results, the thesis also includes explanations of the technical operation of battery storage, the principles of energy management and storage, and the basic parameters of voltage quality and regulation in low-voltage grid systems. The study also considers aspects of long-term system reliability and sustainability, including the recyclability of installed components. The main objective of the thesis was to demonstrate how lithium-ion battery energy storage can contribute to more reliable, and efficient operation of low-voltage networks with a high share of distributed generation, and to assess the feasibility of their integration into future networks without the need for major infrastructure upgrades.

• Ključne besede: : low-voltage distribution network, distributed generation, photovoltaic system, battery energy storage system, lithium-ion battery, voltage analysis, simulation model, voltage quality