Overvoltage in Utility-scale Solar Inverters

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Koivula, Ville
dc.contributor.author Prittinen, Samuel
dc.date.accessioned 2019-10-27T19:54:26Z
dc.date.available 2019-10-27T19:54:26Z
dc.date.issued 2019-10-21
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/40922
dc.description.abstract Overvoltage is one of many aspects that needs to be considered for utility-scale solar inverters, to ensure electrical safety and high reliability. The objective of this thesis is to understand the reasons for failures related to external sources of overvoltage and special characteristics for utility-scale solar inverters, in terms of overvoltage events. The thesis explains the utility-scale inverter and its connection to the grid and PV array, focusing on areas that are relevant for overvoltage generated to the auxiliary power-supplies. In this thesis a lightning impulse in the PV array is simulated for different cases of DC cable installations and different values for soil resistivity. Both the direct effects from GPR and indirect effects from inductive coupling are simulated in separate simulation models. Components in the PV array earthing arrangement are modeled through the finite-element method. In the simulations, lightning current of 10 kA 1.2/50 μs waveform injected into the earthing arrangement at one combiner box in the PV array and the effects to the DC circuit of the inverter are analyzed. Based on the simulation results, the low-pass EMC-filters installed in the DC-circuit passes a significant portion of the fast-front lightning-impulse current to earth, and can be subjected to significant stress compared to SPDs installed in the inverter. DC cables on metal cable supports is demonstrated to be a potential issue with respect to the voltage generated over the cable sheath during a lightning impulse. The simulated indirect effects from inductive coupling are small compared to the simulations of GPR,and no additional protection measures for mitigating inductively coupled voltage are deemed necessary. en
dc.description.abstract Overvoltage is one of many aspects that needs to be considered for utility-scale solar inverters, to ensure electrical safety and high reliability. The objective of this thesis is to understand the reasons for failures related to external sources of overvoltage and special characteristics for utility-scale solar inverters, in terms of overvoltage events. The thesis explains the utility-scale inverter and its connection to the grid and PV array, focusing on areas that are relevant for overvoltage generated to the auxiliary power-supplies. In this thesis a lightning impulse in the PV array is simulated for different cases of DC cable installations and different values for soil resistivity. Both the direct effects from GPR and indirect effects from inductive coupling are simulated in separate simulation models. Components in the PV array earthing arrangement are modeled through the finite-element method. In the simulations, lightning current of 10 kA 1.2/50 μs waveform injected into the earthing arrangement at one combiner box in the PV array and the effects to the DC circuit of the inverter are analyzed. Based on the simulation Överspänning är en av många aspekter som behöver beaktas för en växelriktare för solcellsparker, för att säkerställa elsäkerhet och hög tillförlitlighet. Arbetets syfte är att förstå orsaker till fel relaterade till utomstående källor av överspänning och vilka speciella karaktärer solcellsparkernas växelriktare har i relation till överspänningar. Arbetet förklarar växelriktaren och dess anslutning till elnätet och solcellerna, med fokus på områden som är relevanta för överspänningar. I arbetet simuleras blixtimpulser i solpanelfältet för olika fall för installationen av DC kablarna, samt olika värden för markens resistivitet. Både direkta effekterna från förhöjd jordpotential och de indirekta effekterna från inducerad spänning simuleras genom separata modeller. Komponenter i solpanelfältets jordningssystem modelleras genom den finita elementmetoden. I simuleringarna injiceras en blixtström av 10 kA 1.2/50 μs vågform i jordningssystemet vid en av kopplingsboxarna vid solpanelfältet och effekterna i DC-kretsen för växelriktaren analyseras. På basis av simuleringsresultaten leder lågpass EMC-filtren en betydande del av bliximpuls strömmen till jord, och kan vara utsatta för märkbar stress i jämförelse med överspänningsskydden i invertern. Simuleringarna demonstrerar även att DC kablar installerade på metalliska stödstrukturer i solpanelfältet kan vara ett potentiellt problem, med tanke på spänningen över kablarnas yttre hölje under blixtimpulsen. De simulerade indirekta effekterna från inducerade spänningar är små i förhållande till simuleringen av förhöjd jordpotential och inga ytterligare skyddande åtgärder antas behövas för att förminska de inducerade spänningarna.esults, the low-pass EMC-filters installed in the DC-circuit passes a significant portion of the fast-front lightning-impulse current to earth, and can be subjected to significant stress compared to SPDs installed in the inverter. DC cables on metal cable supports is demonstrated to be a potential issue with respect to the voltage generated over the cable sheath during a lightning impulse. The simulated indirect effects from inductive coupling are small compared to the simulations of GPR,and no additional protection measures for mitigating inductively coupled voltage are deemed necessary. sv
dc.format.extent 102+3
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Overvoltage in Utility-scale Solar Inverters en
dc.title Överspänning i Växelriktare för Solcellsparker sv
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword ATPDraw en
dc.subject.keyword lightning en
dc.subject.keyword overvoltage en
dc.subject.keyword PV array en
dc.subject.keyword solar inverter en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201910275926
dc.programme.major Elkraftteknik fi
dc.programme.mcode ELEC3024 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Lehtonen, Matti
dc.programme AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013) fi
dc.location P1 fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse