+ All Categories
Home > Documents > INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ......

INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ......

Date post: 25-Mar-2018
Category:
Upload: duongcong
View: 219 times
Download: 1 times
Share this document with a friend
27
This project has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no. 608998. Hands on Manual for DSOs December 2016
Transcript
Page 1: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

This project has received funding from the European Union’s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no. 608998. 

 

 

 

 

Hands on Manual for DSOs 

December 2016 

 

       

Page 2: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    2 

TABLE OF CONTENTS 

 

1  INTRODUCTION  4 

2  THE INCREASE FIELD TRIALS OVERVIEW  5 

2.1  THE EANDIS FIELD TRIAL IN BELGIUM  6 

2.2  THE ELEKTRO GORENJSKA FIELD TRIAL IN SLOVENIA  7 

2.3  THE LIANDER FIELD TRIAL IN THE NETHERLANDS  9 

2.4  THE ENERGIENETZE STEIERMARK FIELD TRIAL IN AUSTRIA  12 

3  THE INCREASE FIELD TRIALS‐IMPORTANT INSIGHTS  14 

3.1  THE EANDIS FIELD TRIAL IN BELGIUM  14 

  Design & preparition phase  14 3.1.1

  Implementation & installation phase  14 3.1.2

  Operational phase  15 3.1.3

3.2  THE ELEKTRO GORENJSKA FIELD TRIAL IN SLOVENIA  15 

  Design & preparAtion phase  16 3.2.1

  Implementation & installation phase  20 3.2.2

  Operational phase  21 3.2.3

3.3  THE LIANDER FIELD TRIAL IN THE NETHERLANDS  22 

  Design & preparAtion phase  22 3.3.1

  Implementation & installation phase  23 3.3.2

  Operational phase  23 3.3.3

3.4  THE ENERGIENETZE STEIERMARK FIELD TRIAL IN AUSTRIA  23 

  Design & preparAtion phase  23 3.4.1

  Implementation phase  24 3.4.2

  Operational phase  24 3.4.3

4  SYNTHESIS OF INSIGHTS  25 

5  RECOMMENDATIONS AND GUIDANCE FOR DSOS  26 

 

 

Page 3: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    3 

List of figures  Figure 2.1. INCREASE field trials: location and description  5 

Figure 2.2 Comparison of different OLTC control strategies  6 

Figure 2.3 Statistical analysis of average phase voltages  8 

Figure 2.4 The effect of EDC on voltage profile  10 

Figure 2.5 Operation of EDC and FPS  10 

Figure 2.6 Comparison of PV injection after different controls  10 

Figure 2.7 Congestion management ‐ total loading of transformer  11 

Figure 2.8 Congestion management – relative curtailment per inverter  11 

Figure 2.9 Reduction of the neutral current in case of unbalance mitigation control activation  12 

Figure 2.10 Impact of the unbalance control on PVUR and neutral current  12 

Figure 3.1 EG wired network  19 

Figure 3.2 EG optical network  19 

Figure 3.3 LVN topology  20 

 

Glossary  

OLTC  On‐Load tap changer  

PVUR  Phase voltage unbalance rate  

DSO  Distribution system operator 

DRES  Distributed renewable energy sources 

LDC  Line drop compensation  

RTU  Remote terminal unit  

xWDM  Wavelength division multiplexer 

FPS  Functionalities of fair power sharing  

LVN   Low‐voltage network 

P/V control  Voltage droop characteristic 

RTU  Remote terminal unit 

NG‐SDH  Next generation synchronous digital hierarchy 

 

Acknowledgments 

This document was prepared by Bart Meersman (Ghent University); Andreas Tuerk and Veronika Kulmer 

(Joanneum Research); Marjan Jerele  (Elektro Gorenjska);  Gregor Podbregar (KORONA); Ruth Van Caenegem 

(Eeandis); Gregor Taljan (Energienetze Steiermark) and Jan Bozelie (LIANDER). 

Page 4: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    4 

 

1   INTRODUCTION Future decentralized  electricity  systems will pose  additional  challenges  for  existing market  actors,  including 

distribution system operators (DSOs). New technologies, innovations and business models are being tested in a 

variety of EU funded projects. First insights report numerous challenges, risks as well as opportunities ranging 

from  technical  constraints  to  real‐life  barriers  when  implementing  new  solutions.  Moreover  these  new 

solutions  impose  challenges  to  the  regulatory  framework.  In  this  context,  INCREASE  has  gained  additional 

insights in these issues, which will be shared and discussed with DSOs, market actors and others who will play a 

central role  in the future electricity market. Therefore, the aim of this hands‐on manual  is to provide  lessons 

learned  from  INCREASE  with  a  focus  on  the  experiences  gained  in  the  field  trials  from  the  design, 

implementation  and  operation  phase.  Furthermore,  the manual  aims  to  support  DSOs  to  better  plan  and 

implement smart grid solutions in different environments, such as in the industry or at the household level.  

The document is structured as follows: Section 2 gives an overview of the aim and result of each INCREASE field 

trial, while the following section reports the insights of the various INCREASE field trials, followed by a synthesis 

of barriers related to the design,  implementation and operation of the demos we encountered and solutions 

we found (Section 4). Finally in Section 5, the document gives practical recommendations on how to improve 

the design and implementation of the new solutions such as the ones successfully developed in INCREASE. 

   

Page 5: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    5 

Dutch field trial 

DSO: Liander 

Location: Holiday park Bronsbergen 

Pilot  network:  Low‐voltage  (LV)  network  of 

the first micro‐grid in the Netherlands with a 

high share of PV (installed in approx. 50 % of 

210 cottages). 

Austrian field trial 

DSO: ENERGIENETZE STEIERMARK 

Location:  Main  administration  building  of 

ENERGIENETZE STEIERMARK in Graz 

Pilot  network:  Roof‐mounted  part  of  a  PV 

installation, which consists of several single‐

phase  PV  inverters  with  a  total  installed 

capacity of 47 kWp. 

Belgian field trial 

DSO: Eandis 

Location: Koningshooikt, a  rural  region near 

Mechelen 

Pilot network: Cable type LV network with a 

significant  share of DRES on  the  LV  level as 

well as on medium‐voltage (MV)  level. Main 

types of DRES are PV and combined heat and 

power (CHP). 

Slovenian field trial 

DSO: Elektro Gorenjska 

Location: Village Suha near Kranj 

Network  demonstration:  Rural  cable  type 

network with a high penetration of PV. The 

total installed capacity of the PV is 210 kW. 

2   THE INCREASE FIELD TRIALS OVERVIEW Within  the  INCREASE  field  trials,  the  developed  local  and  overlaying  control  strategies were  tested  in  real 

network environments of different European DSOs.  Figure 2.1  illustrates  the  location of each  field  trial and 

provides a description of key technical characteristics of the applied tests.   

 

Figure 2.1. INCREASE field trials: location and description 

KEY FACTS 

 

Page 6: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    6 

2.1 THE EANDIS FIELD TRIAL IN BELGIUM 

In the scope of the Belgian field trial, carried out by Eandis, extensive tests of the OLTC performance have been 

employed  (starting  at  the  end of 2014 until  the  end of 2015). During  these  tests  valuable  information  and 

experience  regarding  tackling  voltage  variations  without  using  controllable  inverters  were  obtained.  The 

Belgian field trial served as an initial trial for overlaying control functionalities, since on‐load tap changer (OLTC) 

control  is  one  of  its main  building  blocks.  The  following  different OLTC  control  strategies were  tested  and 

evaluated: 

Basic  local OLTC control, with a  fixed voltage set‐point, where the OLTC adjusts the tap to obtain a 

pre‐defined voltage set‐point at the LV bus of the transformer. 

Line drop compensation (LDC) OLTC control, which  is the basic  local OLTC control with the adjusted 

voltage set‐point, based on the active power flow through the transformer. 

o The voltage set‐point is increased in case of power flows into the network, to compensate 

potential voltage drops. 

o The voltage set‐point is reduced in case of reverse power flows from the network, to 

compensate potential voltage rises. 

Centralised (remote) OLTC control. 

The  first  and  second  OLTC  control  strategy  are  of  the  classical  type,  which  operate  based  on  the  local 

parameters (voltage at the LV bus of the transformer). The third strategy operates on a central location (DMS 

in the control centre of Eandis) based on measurements from multiple points of the network. Thus adequate 

communication and measurement infrastructure is required.  

Figure 2.2 provides a statistical comparison of the voltage measurements at key nodes of the pilot network. For 

the evaluation, the results are compared to a business as usual scenario without OLTC control. 

 

Figure 2.2 Comparison of different OLTC control strategies 

We  conclude  that  the  basic  local  OLTC  control  improves  the  voltage  only  locally  at  the  LV  bus  of  the 

transformer and the shortest LV feeder. High voltage variations remain in case of the longest LV feeder, since 

the basic local OLTC control does not consider voltage conditions of other nodes in the network. In case of LDC 

and centralised OLTC control, an overall improvement of the voltage was observed, since the voltage variations 

are significantly reduced, also at the end of the longest LV feeder.  

Page 7: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    7 

We  find a  similar performance of  LDC and  centralised OLTC  control, especially  considering  the most  critical 

points at  the end of  the  longest LV  feeder. Based on  these  findings, EANDIS decided  that  the most  suitable 

OLTC control strategy for the future implementation would be LDC control, since there is no need to invest in 

additional communication and measurement  infrastructure  (as  in case of centralised control). There  is also a 

reduced  risk  in  case  of  communication  failure  and  hence  no  requirement  of  a  back‐up  for  the  local OLTC 

control. 

Note  that  in  some  cases  the performance of  LDC  and  centralised  control will not be  similar,  therefore  the 

voltage  conditions  of  the  observed  LV  network  have  to  be  adequately  considered  in  the  selection  of  the 

optimal OLTC control strategy.  

2.2 THE ELEKTRO GORENJSKA FIELD TRIAL IN SLOVENIA 

The  Slovenian  field  trial  implemented  by  Elektro Gorenjska was  an upgrade  of  the Belgian  field  trial,  since 

besides OLTC control also the  INCREASE  local control for mitigation of over‐voltages was tested. For practical 

reasons, the functionality of the local control (PV droop control) was realised using a controllable load instead 

of a controllable PV inverter. That way potential issues which could arise from interactions with private owned 

PV installations were avoided. 

The following demonstration scenarios were evaluated in the scope of the Slovenian field trial: 

Sc1: business as usual, no control measures applied. 

Sc2: basic local OLTC control, with fixed voltage set‐point. 

Sc3: INCREASE centralised OLTC control, using average phase voltages. 

Sc4: INCREASE centralised OLTC control, using minimal and maximal phase voltages. 

Sc5: INCREASE local control (using controllable load) only. 

Sc6: coordinated control: basic local OLTC control and INCREASE local control. 

Sc7: coordinated control: INCREASE centralised OLTC control (phase voltages) and INCREASE local 

control. 

The results, provided in Figure 2.3 are presented for four key nodes of the pilot network, namely: 

The LV bus of transformer. 

PV Urh, a 22 kW PV unit, where the highest voltages occur and the controllable load is deployed. 

PV Bassol, a 22 kW PV unit. 

Suha 56, a node where the lowest voltages are experienced. 

Sc1 reveals significant voltage variations  in the pilot network. There are voltage rises at PV units and voltage 

drops at the end of the longest feeder without PV. Similar to the Belgian field trial, the basic local OLTC control 

(Sc2)  only  improves  the  voltage  locally  at  the  LV  bus  of  the  transformer where  voltages  are  concentrated 

around a given set‐point of 235 V. High voltage variations remain, especially in case of PV Urh. 

Centralised OLTC control, developed within INCREASE (Sc3 and Sc4) results in more variations at the LV bus of 

the  transformer, but  improves  the voltage at other critical nodes. Better results are obtained  in case of Sc4, 

where the OLTC control considers minimal and maximal phase voltages – the voltage at the node with highest 

voltage drops is slightly increased, while significant voltage variations at PV Urh and PV Bassol are reduced. 

Page 8: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    8 

 

Figure 2.3 Statistical analysis of average phase voltages 

Sc5  aimed  to  evaluate  the  performance  of  the  INCREASE  local  control  for  the mitigation  of  over‐voltages, 

without  the  support of  the OLTC. The  load  started  to  consume electricity generated by PV units, when  the 

voltage of PV Urh exceeded a value of 236 V. The controllable  load  (INCREASE  local control) contributed  to 

reduced voltage rises at PV Urh.  

In Sc6  there was a coordinated control of a basic  local OLTC control and  the  INCREASE  local control  for  the 

mitigation of over‐voltages. Similar as  in  case of Sc2  (basic  local OLTC  control),  the most  significant  voltage 

improvement is achieved on the LV bus of the transformer. In addition, the voltage rises are reduced at PV Urh, 

due to PV curtailment using a controllable load. 

Compared  to  Sc6,  an  overall  improvement  of  the  voltage was  achieved  in  Sc7,  since  both  the  lowest  and 

highest voltages were considered. The  lowest voltages are mainly  tackled by  the centralised  INCREASE OLTC 

control (using phase voltages), which has a priority to solve the  lowest voltages  in the network by  increasing 

the tap position. The highest voltages on the contrary are reduced with the INCREASE local control, installed at 

PV Urh, with the most significant voltage rises. 

In the scope of the Slovenian  field trial, all solutions were successfully validated; however a more significant 

impact of the control strategies, especially the coordinated control, was expected before the trial. This is due to 

several challenges, faced during the implementation and operation phase: 

Due to the network configuration (high PV generation and long feeders without PV), there are nodes 

with low voltages and other nodes with high voltages hampering the operation of the OLTC (tap 

adjustment would improve voltage in some parts of the network, while the voltage in the other parts 

of the network would be deteriorated).The coordinated control of the INCREASE centralised OLTC 

control using phase voltages and INCREASE local control (PV curtailment) is a possible solution for this 

challenge. 

High voltage unbalances hinder the operation of OLTC control, especially controls based on average 

phase voltages (Scenario 3). 

Transformer  PV Urh 

PV Bassol  Suha 56 

Page 9: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    9 

To obtain an optimal OLTC control, extensive tests of different algorithms and control settings of OLTC must be 

performed over a  longer period, e.g. one year. This also applies  to  the  INCREASE  local  control, where  tests 

should  cover  different  seasons  in  order  to  identify  the  optimal  settings,  i.e.  voltage  thresholds where  PV 

curtailment is initiated and voltage thresholds where PV generation must be switched off. 

In case that the LV network  is experiencing  low and high voltages at the same time, one solution (only OLTC) 

might  not  be  sufficient  to  cope  with  these  issues.  Therefore  a  combination  of  several  measures  (e.g. 

coordinated control) is recommended. 

2.3 THE LIANDER FIELD TRIAL IN THE NETHERLANDS 

In the scope of the Dutch field trial implemented by Liander, the local control strategy to mitigate over‐voltages 

as well  as overlaying  control  functionalities  “fair power  sharing”  (FPS)  and  “congestion management of  the 

distribution  transformer” were  tested. These  strategies were  implemented by means of new Mastervolt PV 

inverters, which have the capability to remotely adjust the active power output. 

Since  the new Mastervolt  inverters were not able  to  implement a P/V droop control on a hardware  level, a 

different approach was applied  to  incorporate  the  INCREASE control strategies. Liander decided  to  integrate 

the P/V droop control into the ICT environment (middleware layer) of Mastervolt’s IntelliWeb cloud platform, 

which implies the use of a web portal for the remote monitoring of the performance of the PV installation. The 

platform was modified in order to enable the remote adjustment of PV generation (two‐way communication). 

From a  technical point of view active power  limiting set‐points were used based on the  inverters’ near real‐

time measurements of the voltage and active power. These set‐points are calculated by means of P/V droop 

characteristics. In order to distinguish between physically integrated droop control and the approach taken in 

the Dutch field trial, an emulated droop control (EDC) was used.  

Three  basic  scenarios were  conducted,  namely  the  operation  of  emulated  droop  control  (EDC),  fair  power 

sharing (FPS) and congestion management. Figure 2.5 provides some results of the EDC and FPS operation on 

the 25th October 2016. Measurements were acquired from inverters at 2 locations. Figure 2.4 illustrates voltage 

measurements,  while  Figure  2.5  shows  active  power  measurements  and  active  power  limiting  set‐points 

provided by EDC and FPS. 

As illustrated in Figure 2.5 inverters were allowed to operate at 100 % available PV injection for approximately 

two minutes. This corresponds to the initial procedure of the EDC. Later, the EDC initiated PV curtailment, since 

the voltage of the inverter exceeded the threshold of 218.5 V (for activating the PV curtailment).  

A  slight  reduction of  the voltage was  found  subsequent  to  the PV curtailment. Active power measurements 

illustrated in Figure 2.5 indicate that after the EDC was activated, PV generation (curtailment) was not equally 

redistributed  among  the observed  inverters.  Therefore,  around  15:39  FPS  started  and  provided  new  active 

power  limiting  set‐points  for both  inverters  in order  to  ensure  an  equal distribution of  the PV output.  The 

comparison of PV  injection before and after activating the EDC as well as after activating FPS  is  illustrated  in 

Figure 2.6.   

Page 10: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    10 

Figure 2.4 The effect of EDC on voltage profile 

 

Figure 2.5 Operation of EDC and FPS 

 

Figure 2.6 Comparison of PV injection after different controls 

In the following, an analysis of the congestion management is provided. Figure 2.7 provides measurements of 

the total active power through the distribution transformer. Due to changing weather conditions (heavy cloud 

passing), some fluctuations  in power are visible. There was a continuous reverse power flow for more than 9 

minutes  and  the  congestion  management  was  activated  at  approx.  11:40.  We  identified  16  inverters 

participating in the control action. The number of inverters, activated during congestion management depends 

227

228

229

230

231

232

233

15:28 15:31 15:34 15:37 15:40 15:43 15:46 15:48

Voltage (V)

Time

Upoc 49 Upoc 172

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

15:28 15:31 15:34 15:37 15:40 15:43 15:46 15:48

Active pow

er (W

)

Time

Pinj 49 Pinj 172 Pset 49 Pset 172

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

No control EDC FPS

Active power (W)

Pinj 49 Pinj 172

NO CONTROL EDC

EDC REDUCES VOLTAGE

FPS

Page 11: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    11 

on  the  reliability of  the Wi‐Fi  communication. Due  to  communication  issues,  the amount of  controllable PV 

power within the congestion management was limited. 

Analysing the total power flow through the transformer (Figure 2.7) we find that the reverse power flow was 

reduced  after  the  activation  of  the  congestion management.  In  this  specific  case  however  the  amount  of 

curtailed  PV  generation  is  extremely  small,  suggesting  that  the  reduction  could  also  be  a  consequence  of 

changed  solar  irradiation  and/or  load  conditions  in  the  network.  An  adequate  response  of  the  congestion 

management is illustrated in Figure 2.8, which shows the response of the inverters. If communication would be 

more reliable, more controllable power would be available and the  impact on the transformers’ total  loading 

would be more significant.  

Also in case of congestion management, the principle of fairness is considered. This is illustrated in Figure 2.8, 

where all inverters show similar values of relative PV curtailment. 

 

Figure 2.7 Congestion management ‐ total loading of transformer 

 

Figure 2.8 Congestion management – relative curtailment per inverter 

Within  the  Dutch  field  trial,  all  proposed  control  concepts  were  successfully  validated,  despite  several 

unpredicted technical challenges, related with real‐life implementation, for example: 

Unreliable communication with inverters (Wi‐Fi). 

Firmware issues of inverters, causing disconnection after new active power limiting set‐points were 

set. 

Small amount of controllable PV power (new inverters), compared to uncontrollable PV power (old 

inverters). 

‐20

‐15

‐10

‐5

0

5

10

11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50

Active pow

er (kW)

Time 

Total loading Loading threshold

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

u1a u1b u3a u5b u6a 24a 28a 28b 46 49 111 116a 116b 125a 172 192

PV curtailment (%)

Inverter number

9‐min 

Control reacts

Page 12: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    12 

Challenges related with the modification of the cloud platform, originally meant for one‐way 

communication. 

Changing weather conditions. 

2.4 THE ENERGIENETZE STEIERMARK FIELD TRIAL IN AUSTRIA 

In  the  scope  of  the  Austrian  field  trial  implemented  by  Energienetze  Steiermark,  the  performance  of  the 

INCREASE local control functionality to mitigate voltage unbalances (in the following referred as the unbalance 

mitigation control) was tested. For that purpose, two 15 kVA controllable three‐phase inverters were installed 

in the pilot PV installation. 

Two demonstration cases were applied. First, the basic scenario, where classical single‐phase inverters create 

unbalances  by  injecting  PV  generation  into  the  same  phase  L1, while  the  unbalance mitigation  control  of 

controllable inverters is switched off. The controllable inverters thus inject a three‐phase symmetrical current 

in  the  grid.  In  contrast,  in  the  INCREASE  scenario  the unbalance  control was  switched on  (instead of being 

switched off as  in  case of  the basic  scenario)  in order  to  tackle  the unbalances  created by  the  single‐phase 

inverters. 

The  performance  of  the unbalance mitigation  control  is  validated  and  evaluated  using  voltage  and  current 

measurements, acquired from the main bus and the main line of the pilot PV installation. Figure 2.9 indicates 

high current unbalances, generated by unsymmetrical PV generation. The highest current is obtained in phase 

L1, since all single‐phase PV inverters injected their power. There is also a high neutral current, indicating high 

unbalances of current and voltage. After the unbalance mitigation control is switched on (right chart on Figure 

2.9), one clearly observes the reduction of the neutral current (compared to the basic scenario.) 

 

 

Figure 2.9 Reduction of the neutral current in case of unbalance mitigation control activation 

 

Figure 2.10  Impact of the unbalance mitigation  control on PVUR and neutral current 

Proper response of the unbalance mitigation control is further confirmed and illustrated in Figure 2.10, where a 

statistical  analysis  is  applied. On  the  left  chart,  the  relationship between  the phase  voltage unbalance  rate 

(PVUR) indicating the voltage unbalance and total apparent power has been analysed. The results indicate that 

in the INCREASE scenario, PVUR is reduced. For instance, in case of 15.000 VA, the PVUR is reduced for approx. 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

15.8.2016 16.8.2016 17.8.2016 18.8.2016

I (A)

I N I L1 I L2 I L3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

26.8.2016 27.8.2016 28.8.2016 29.8.2016

I (A)

I N I L1 I L2 I L3

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 5000 10000 15000 20000 25000

PVUR (%)

S (VA)

INCREASE scenario Basic scenario

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 40 60 80 100 120

I N (A)

I 3‐phase (A)

INCREASE scenario Basic senario

Page 13: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    13 

half a value. On the right graph of Figure 2.10, there is a relationship between the neutral current and the total 

three phase current. Also  in that case,  it  is clear that there  is a proper operation of the unbalance mitigation 

control. As an example, at a 3‐phase current of 80 A, the neutral current is reduced by about 20 A. 

The Austrian  field  trial highlighted  that  the unbalance mitigation control performs according  to  the concept, 

defined within INCREASE. By introducing the controllable inverters, a reduction of the voltage unbalances was 

achieved  after  the unbalance mitigation  control was  activated. Using  such  controllable  inverters hence  is  a 

suitable solution for increasing the PV penetration in the networks which face voltage unbalances.  

The  field  trial also confirmed  that PV  inverters with unbalance mitigation control do not  further deteriorate 

voltage unbalances. More significant improvements of the voltage unbalances are achieved with increasing the 

share  (total  power  capacity)  of  such  controllable  inverters.  Regarding  future  research we  are  interested  in 

testing  the  unbalance mitigation  control  in  other  LV  network  configurations  such  as  rural  or  highly  urban 

networks. 

   

Page 14: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    14 

3   THE INCREASE FIELD TRIALS‐IMPORTANT INSIGHTS  

3.1 THE EANDIS FIELD TRIAL IN BELGIUM 

DESIGN & PREPARITION PHASE  3.1.1

Coordinated purchase procedure 

In  many  cases  smart  grid  devices  have  to  be  purchased  through  tendering  or  an  open  procedure.  This 

procedure takes time, effort and coordination from different departments. It is important to define the process 

(classical purchase / partnership with supplier/ consortium / … ) and to brief the different departments of the 

goals of this field test and why this smart device is needed. 

Define acceptance criteria / business cases 

Since the selection of a smart device is not only a technical choice, but mainly an economic or techno‐economic 

choice,  it  is  wise  to  invest  time  in  defining  acceptance  criteria  /  business  cases  for  this  technology.  This 

approach helps to define a clear goal for the project team (what do we need to measure/monitor and for what 

reason) and helps  to “translate”  the  technical aspects  into your organization. Match these criteria with your 

business strategy and find a mandate to perform the field test.  

Choice of the test site and test criteria 

Since smart grid technology generally focusses on solving emerging problems instead of widespread ones, the 

choice of the test site and test criteria are of outmost importance. Eandis has withheld several criteria that the 

test site needed to have: a combination of long and short feeders, high shares of renewable energy sources on 

both LV and MV‐side, high consumption  loads and voltage swings that violate the  limits set by the European 

PQ‐standard (EN 50160). After the criteria of the test site are made, try to find a match within the “portfolio” of 

your distribution grids. At Eandis we have enquired possible test sites from both  local as central experts; this 

created involvement by different stakeholders and opened the door for follow‐up requests. 

Take  your  time  to  thoroughly  investigate  the  different  suggested  test  sites  and  match  the  objectively 

determined  problems  to  the  initially  defined  criteria.  Some  (if  not most)  of  the  test  sites will  have  other 

problems which makes them a less ideal candidate to evaluate the potential of the smart grid device. Based on 

the experiences with the OLTC and theoretical analysis, EANDIS selected the grids for testing.  

Understand behaviour of the consumers at test site 

Since Eandis has no general roll‐out plan for Smart Meters, the data and behaviour of the consumers at the test 

site is undeterminable. Find references / assumptions for this behaviour and their corresponding grid impact in 

order to quantify the effects of the different grid users on the distribution grid / technology needs.  

Stakeholder involvement 

Find common ground  for the different  interests  (purely academic, economic, practical, security of supply, …) 

and determine the respective priority. Not only will this help to create focus (nice to have vs must haves) but – 

if done properly – this will also ensure that all different actors in the field test are heard and that their worries 

are captured and translated into the project planning / specifications. 

IMPLEMENTATION & INSTALLATION PHASE 3.1.2

Importance of lab tests  

Before implementing in the field, get some experience in a test environment. This will help to solve some bugs 

but  it also proves  to be a  right  time  for  training /  internal education purposes. Based on  these  test  internal 

procedures and manuals can also be developed. 

Page 15: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    15 

Proper determination of measuring/monitoring period 

Determine  the  right  time  to measure  / monitor.  If  the Smart Grid device  is designed  to work with PV,  it  is 

logical that you don’t want to test the device  in the winter or at night‐time. Also,  in many cases you want to 

compare  different  options  /  algorithms with  each  other.  Thus,  choosing  and  creating  a  correct  planning  is 

crucial. 

Installation challenges 

Make  sure  the  device  can  be  placed  inside  the  (sub)station  and  that  the  (sub)station  meets  the  device 

specifications (e.g. temperature range, ventilation needs, …).  

Communication structure 

Ensure that all utilities are available in the substation. Intelligent devices do not only need a power supply, but 

also have requirements regarding algorithms, communication interfaces, etc. Not only do these utilities have to 

be available at the substation, but in many cases interfaces towards DMS‐systems and monitoring devices have 

to be  foreseen.  In many  cases,  the  required utilities will have  a huge  impact on  the  liability of  the project 

and/or business case. Ensure that also alternative utilities (for example GPRS/4G instead of fibre optic cables) 

are tested in the project and evaluate their impact on the techno‐economic optimum of the smart grid device. 

Make choices: what must/may the device decide locally and what must be done remotely? What will happen if 

the remote communication with the device is lost for a longer period of time? 

Define a contingency plan, what if the device does not work as foreseen. Who has the responsibility for which 

case, who will  intervene  in which case. Who has the end responsibility to end the field test and revert to the 

classical case? This plan was key  to gain  the  involvement of Eandis’  local  technical departments, since  these 

projects  are mostly  lead  by  central  departments  and  local  technical  departments  have  a more  operational 

focus. The contingency plan made them feel that they still were in control in some (extreme) cases and could 

revert back to their business as usual case. 

OPERATIONAL PHASE  3.1.3

Regarding the operational phase the following aspects are of key importance:  

Determine the responsibilities of the different staff / users. 

Make interim reports and send them to the different stakeholders in order to prove the reliability and 

added value of the device in the grid.  

Communicate the timing of the different tests proactively to the different stakeholders.  

3.2 THE ELEKTRO GORENJSKA FIELD TRIAL IN SLOVENIA 

With  the  rapid emergence of distributed  renewable energy sources  (DRES) on different distribution network 

voltage  levels, DSOs are  facing  severe challenges  in keeping  the voltage  levels within  standard  limits  (EN 50 

160) that enable safe, reliable and a high quality of supply. Low voltage networks were traditionally operated 

as  autonomous  entities with not much  insight or  control.  In  this  setting high penetration of DRES  leads  to 

serious voltage quality problems and thus action is required.  

Elektro  Gorenjska  d.d.  (EG)  has  strongly  contributed  in  the  INCREASE  project  with  the  demonstration  of 

different research outcomes, which on the one hand mitigate the  influence of DRES on voltage  issues and on 

the other hand, enable a higher penetration of DRES in existing networks.  

As  a  result  of  the  INCREASE  project  investigations,  four  different  demonstration  cases were  implemented, 

thoroughly measured and later evaluated for further exploitation: 

Network with existing regular distribution transformer and no voltage control. 

Page 16: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    16 

Introduction  of  an  OLTC  transformer  utilizing  incorporated  algorithms  for  the  transformer  busbar 

voltage control. 

The implementation of the voltage droop characteristic (P/V control) and autonomous voltage control 

on the location of a single PV installation by using controllable load. 

The  implementation of online coordinated voltage control based on the real‐time complete network 

measurements, utilizing local SCADA for the OLTC control. For this purpose a special control algorithm 

based on numerous real‐time network analysers’ measurements was developed in order to determine 

the optimum OLTC tap position. 

DESIGN & PREPARATION PHASE  3.2.1

As  the demonstration of different control strategies was planned  to be  implemented under  live distribution 

network conditions, the following concerns were of key importance for EG: 

Ensure safety of the operations (for people and equipment involved). 

Complying with the voltage quality requirements (EN 50160 standard). 

Ensure the reliability of operations and maintaining the quality level of supply. 

Additional support for customers involved in the project. 

Demonstration network 

In order to assure a maximum response of the control strategies, choosing a suitable  low voltage network  is 

mandatory. Therefore, a low voltage network with a relatively high number of photovoltaic power plants and 

interesting  feeder/customer distribution was selected. Voltage measurements were performed  in advance  in 

order to analyse the voltage quality at the most representative  low‐voltage network  (LVN) points. Regarding 

the temporal resolution of data the measurements were recorded in 5 minutes’ average period. 

Some basic conclusions are as follows: 

The voltages across  the  LVN differ  significantly due  to  the  individual  load character of a  single  LVN point.  

Higher voltages are observed at PV locations during the mid‐day production period.  At “only consumer“ network points (only load, no production) voltage drops correspond to individual 

load profile.  During the mid‐day PV production the transformer energy flow is reversed as energy from the LVN is 

exported backwards into the middle voltage network.  The variety of voltage levels were registered at different network points at the same time. 

 OLTC transformer 

The  selection of  the appropriate distribution OLTC  transformer was  crucial  in order  to provide an adequate 

voltage control. A modern OLTC 400 kVA transformer was purchased specially for this demo.  

Power quality system  

The proper observability of distribution networks  is one of  the main professional DSO occupations. Without 

knowing exact network statuses, no adequate network control is possible. Observation of low voltage networks 

with an almost countless number of distribution transformer stations and an increasing number of distributed 

generations nowadays represent a major challenge for DSO network control requirements.  

Until DRES (mostly PV) significantly invaded DSO networks, there was no need for high level observability of the 

low voltage network. For a long time low voltage bus bars of distribution transformers were the last network 

points observed with different types of measurement equipment. Different analogue instruments with simple 

peak  load  indicators were the  first  instruments. They were mainly applied to monitor peak transformer  load 

and the resulting data was used for network development purposes. The introduction of the electronic power 

Page 17: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    17 

meters  lead  to  a  significant  change.  With  the  meter  performance  development  and  remote  reading 

capabilities, additional need for data logging had risen.  

EG  followed  the development of power network  analysers  from  its beginning  knowing  the  importance  and 

value of high quality network data. EG decided to replace older types and massive installation of new electronic 

power  analysers.  In  the  course  of  performance  tests  and  benchmarking  activities  the  local  vendor  Iskra 

electronic power analysers and Mismart data  logging system were selected. Following  the deployment plan, 

more  than 500 out of almost 1500 distribution  transformer  stations were equipped with modern analysers, 

40% of total were already remotely monitored and data was logged.  

Low voltage network measurements data is regularly used for the following purposes: 

Network development 

Network control 

Network protection 

In order  to provide  appropriate online network  (almost  real‐time) measurements  for  the  INCREASE  control 

algorithm  implementation  and  further  analysis,  a  careful  selection  of  network  locations,  suitable  power 

network analysers and power quality measurement system was  first conducted. A measuring period  interval 

had to be chosen in a way that supports the voltage control algorithm and enables a relevant OLTC transformer 

control. For the INCRAESE demo case, a one minute reading period was determined. EG regularly installs power 

quality meters on  the  secondary  side of MV/LV  substations, but with  the  emerging distributed  generation, 

meters  are  also  regularly  installed  at  PV  generation  points  to  locally  provide  supervisory  and  control 

measurements. Meters  are  used  for  measuring  basic  electric  quantities,  like  voltage,  current,  active  and 

reactive current as well as harmonics. Newer meters are also able to measure power quality parameters  like 

harmonics and flicker. The data from these meters is used for monitoring the substation. The device is used for 

monitoring, measuring and recording measurements of electric quantities. The evaluation of voltage quality in 

compliance with EN 50160 was not available. The device was used for permanent analysis of electricity supply 

quality  in compliance with  the EN 50160 standard.  In most cases Ethernet communication was used  for  the 

connection of a device to the Ethernet network for remote inspection. Each device had its own MAC code. 

SCADA system 

The  remote  control was  based  on  an  up‐to‐date  SCADA  system, which  at  the  same  time  also  served  as  a 

common  communication  interface platform.  SCADA  as  a main  communication node  interconnects  all demo 

systems and is additionally suitable for data collection and system visualisation. A separate test SCADA system 

was built  for demonstration purposes  in order not  to  intervene or endanger  the  regular day‐to‐day  control 

system. 

The MV control and monitoring system (SCADA) consisted of: 

Remote Terminal Unit (RTU). The field sites were equipped with RTUs that collect data from on‐site 

sensors, add data from off‐site sources, and use this aggregated data to make decisions regarding how 

the process  is operating. Changes to the  local process may be made; messages may be  initiated that 

send data elsewhere to influence the operation of off‐site equipment.  

Communications. The multiple system elements communicate among themselves by utilizing a variety 

of communication choices.  

Communication and concentrator server. Sipronika communication and concentrator server was used 

at  the central control site  to provide a  two‐way path  to  the communication system and  the distant 

RTUs.  

Control algorithm  

For the implementation of the main INCREASE OLTC control algorithm, a separate PC with remote access was 

implemented  mainly  due  to  the  reliability  of  operations.  Being  installed  in  the  EG  headquarters,  no 

Page 18: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    18 

communication failures were expected. A remote access to the PC was installed in order to perform required 

actions related with development and upgrade of the algorithm.  

Local control 

The local voltage control was decided to be autonomous on the PV point of common coupling. For that reason, 

a decision for appropriate hardware and software solutions was mandatory. For the communication reliability 

standardised ICT connections were foreseen. 

ICT support and communication protocols 

In the MV/LV power grid in most cases radio and PLC networks were used. Typically, transformers in rural areas 

do not have  fibre connections at  the moment.  In  the medium  term  the  investment  into  fibre connection  to 

rural transformers is economically not feasible. Thus, in the respective time‐span wireless connectivity is more 

efficient. Wireless networks were used  to manipulate  remote  reclosers on  the MV  grid.  These  systems  are 

based  on  closed,  legacy  protocols.  UHF  radio  was  used  (the  majority  still  operate  today).  At  present 

approximately 18% of all reclosers are remotely manipulated.  

Since we  decided  to  use  open  protocols  (Ethernet  and  IP), we were  searching  for  technologies  that  could 

support systems involved in modern Smart Grids.  

What were the technological alternatives based on ITU/ETSI/IEEE standards? 

In medium‐term ‐ WIMAX IEEE 802.16e 

In long‐term: LTE‐A 

For rural areas not cowered with WiMAX narrow band digital radio (e.g. UHF frequency band) 

The current 2G/3G mobile networks do not provide prioritization for different data traffic. Typically, all users 

share the same media  (first come first served) and hence critical smart grid data will be treated  in the same 

way as regular internet traffic. 4G network will overcome this problem, but mobile operators will invest in 4G in 

regions where economically reasonable (similarly operators do not install 3G everywhere). 

Fundamental issues worth mentioning 

Mobile networks are designed  for  certain voice and data  traffic models. This model  is highly  related  to  the 

operators’  business model.  In  other words,  operators  invest  in  the  network  just  enough  to  serve  planned 

number of subscribers and planned quality of services and not more.  

A mass M2M (machine to machine) communication (Smart Grids) with thousands or even tens of thousands of 

end point  connections  is usually not  considered  in network design nowadays.  In  catastrophic events, when 

reliable communications are most needed, public operators usually have  their own priorities, which  in most 

cases do not coincide with the priorities of certain power distribution companies. Based on above mentioned 

considerations we decided to build a private network based on the WIMAX IEEE 802.16e standard. In 2011 we 

acquired a  license for 42MHz of 3.5GHz frequency band, the only one available  in Slovenia. Consequently six 

existing base stations were equipped with WiMAX  

The EG communication network, Figure 3.1,  is  thus very heterogeneous as well as complex and supports all 

distribution processes. Communication networks were planed very carefully having in mind the need for their 

openness, flexibility, scalability and manageability. Recently Ethernet and  IP are becoming basic protocols for 

communications  in our power  grid but many older  systems  are  still  in use. Our  communication network  is 

generally divided in two sections. All HV substations are connected to a fibre optical network, while in MV/LV 

network  in most cases radio and PLC networks are used. Fibre optical connections consisting of two NG‐SDH 

(next generation synchronous digital hierarchy) rings build the backbone of existing ICT infrastructure. In some 

rural locations fibre optic is connected to PDH radio links in order to assure some redundancy.  

Page 19: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    19 

 Figure 3.1 EG wired network 

All optical cables  (fibres) are  in accordance with  the  ITU‐T G.652  standard,  thus  supporting xWDM. There  is 

only one physical optical ring existing  in the Kranj area, Figure 3.2.  In all other parts of the Elektro Gorenjska 

distribution network flat rings are used. To realize a flat ring, different pairs of optical fibres in the same cable 

are used. Thus, greater reliability as in the system without rings is achieved. The existing infrastructure meets 

current but will also meet future demands. 

 

 

Figure 3.2 EG optical network. 

Radio and PLC networks are normally used in the MV/LV power grid. For the first time wireless networks were 

used to manipulate remote switchgear  in the MV grid. Proprietary systems based on closed  legacy protocols 

and UHF radio were used. After thorough analysis, we decided to use a private network built on WIMAX IEEE 

802.16e  standard.  Almost  80%  of  the  Elektro  Gorenjska  area  is  already  covered with  a  broadband  signal. 

Introducing  a broadband wireless  IP network enabled us  to use  single  communication paths  to our  remote 

sites. This enables us  to  share  the  same network  resources  for multiple applications.  In MV/LV  transformer 

stations ‐ through a single communication path ‐ data from AMI concentrators, power quality meters, SCADA 

Page 20: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    20 

RTUs,  industry electricity meters and other sensors  is transferred. Standalone  industry electricity meters and 

SCADA RTUs  are  connected  as well. Due  to  its  support  for  standardized  quality  levels WiMAX  enabled  the 

configuration of different profiles of different data flows. 

In remote rural areas, out of sight of WiMAX base stations, we drew on VHF/UHF digital radio. Being flexible, 

spectrally efficient and secure the VHF/UHF digital radio enables the transport of  IP protocols. The VHF/UHF 

frequency  band  on  one  hand  assures  good  radio  coverage  but  on  the  other  hand  is  limited with  its  data 

capabilities.  A  combination  of  both,  WiMAX  and  digital  radio  is  therefore  an  effective  support.  For  the 

INCREASE demo purposes  the utilisation of Wimax broad band  radio was planned  from  the beginning  as  it 

represents  the basic EG  communication  system platform. Only  the utilisation of  standardised protocols was 

foreseen. 

IMPLEMENTATION & INSTALLATION PHASE 3.2.2

During the implementation and installation, the following was experienced: 

Demonstration network 

TS Suha low voltage network with 7 active PV plants and challenging load as well as voltage profiles was 

selected to most suitable for testing. The network topology is depicted in Figure 3.3.  

 

Figure 3.3: LVN topology 

OLTC transformer 

A modern OLTC 400 kVA transformer was purchased for that demo. We experienced minor problems with 

commissioning but those were quickly solved.  

Power quality system  

All  7  PV  locations,  distribution  transformer  station  and  additionally  two  residential  (customer)  points were 

equipped with network power analysers. All measurements based on one minute readings were collected  in 

the power quality server.  

SCADA system  

A remote control test SCADA was  implemented on a separate server and connected to all demo subsystems 

utilizing  predefined  communication  protocols.  All  necessary  MMIs  were  defined  and  tested  to  ensure  a 

complete demo case implementation.  

Control algorithm  

The  INCREASE  coordinated  control  algorithm was  implemented  on  a  separate  PC  and  remote  access was 

provided  to  the  project  partner  TU/e.  The  execution  of  the  algorithm  was  based  on  online  network 

measurement readings (by utilizing OPC UA protocol) and SCADA.  

Page 21: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    21 

Local control 

The local voltage control basically represents a droop control for overvoltage mitigation on the PV location. The 

voltage at  the  inverter  ( ) point of connection  is measured and when  it  crosses  the  constant power band 

voltage ( ), it manipulates the PWM of the inverter reducing the active power injection. 

Since we were not able to install new inverter with build in algorithm, the local voltage control was executed by 

utilizing resistor heaters and the implementation of an integrated local control algorithm (adapting the output 

power  of  resistors  to  the  PV  production  and  local  voltage  measurements).  A  broadband  radio  with  the 

utilization of IP enables resistor remote control.  

ICT support 

The WiMAX broad band radio was used for the communication purposes. Only standardised protocols (DNP3, 

OPC UA) were utilized.  

OPERATIONAL PHASE  3.2.3

Demonstration network 

No  problems  regarding  voltage  quality  and  safety  of  operations  were  experienced  during  project 

demonstrations due to careful planning. 

OLTC transformer 

A  hardware  failure  of  the OLTC  control  box was  experienced  during  the  demo  period.  During  the  normal 

transformer operation, a short circuit within the OLTC control box resulted in a number of damaged contactors. 

After the fault, the OLTC tap changer positioned  itself  in the middle tap position allowing the operation as a 

normal non‐regulated distribution transformer. The fault was cleared by factory experts. 

Power quality system  

The power quality system with the utilization of network power analysers showed no major failures during the 

operation phase although Ethernet port failures were occasionally detected. Analysers were however restored 

by a reset of the power supply. 

Failures  in data transmission from an  individual metering point were experienced occasionally, which caused 

the abortion of the coordinated control algorithm and the activation of the local transformer PLC control. The 

reason  for  the  above mentioned  switch  is  that  the presence of measurements  from all monitored network 

points was  one  of  the  preconditions  for  the  normal  algorithm  operation.  In  case  of  a  single measurement 

failure, the requirements for algorithm operation are no  longer met and control  is taken over by transformer 

local  PLC  control.  During  the  project,  a  number  of measuring  locations with  normal  voltage  quality were 

excluded from algorithm evaluation in order to increase the robustness of the algorithm.  

SCADA system 

The  SCADA  system was  implemented  separately  and  exclusively  for demo purposes  and  as  such  some  fine 

tuning was required during the whole project. At the end, a stable operation was achieved.  

Control algorithm  

The newly developed  INCREASE OLTC control algorithm required fine tuning at the beginning, but afterwards 

operated with expected reliability. Based on this positive experience EG decided to implement the developed 

algorithm in day‐to‐day operations. 

Local control 

The autonomous application highlighted the importance of control mechanisms being executed locally on site. 

After proper commissioning, the operation itself showed no major failures. Due to unacceptable energy losses, 

the control resistor will be dismantled after the project. 

Page 22: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    22 

ICT support  

A good signal and WiMAX broad band radio coverage resulted  in a smooth and reliable communication. The 

amount of conveyed data never reached the system limitations. The utilization of standardised protocols was 

highly reliable during the whole operational phase. WiMAX as the broad band communication solution has fully 

supported the INCREASE demo case and proved to be a promising ICT solution (also for future large scale smart 

grid applications). 

3.3 THE LIANDER FIELD TRIAL IN THE NETHERLANDS 

DESIGN & PREPARATION PHASE  3.3.1

As  the demonstration of different control strategies was planned  to be  implemented  in  the  live distribution 

network, some aspects were of special concern: 

Selection of sites 

Choose your test site carefully. This is of utmost importance in guaranteeing a successful field trial.  

Interaction with people 

It  is  important  to  get people  /  customers on  board  for  the  test.  This has  proven  to  be  intensive  and  time 

consuming (i.e. 2.‐4 hours per customer was not unusual, a preparation time of at least a full year is needed). 

As already discussed  in the EN field trials,  it  is  important to have at  least one meeting on the  location of the 

field trial with all responsible partners where all details are discussed thoroughly. This  is especially  important 

because different partners may have different expectations and opinions about the implementation of the pilot 

phase. There are also interdependencies between components of the system which have to be clarified in an 

early stage. Furthermore, it is also important to have all partners, who are related to the field trial, on the spot 

during the commissioning phase. In particular the partners who have developed and produced the equipment 

that  is going  to be  tested  in  the pilot phase have  to be present. The most  important advantage  is  that  the 

knowledge of each equipment segment is on hand when needed during the commissioning phase. Moreover, 

flyers, hand‐outs  and  letters will work partly, personal  visit  at homes will be needed, enhancing  customers 

understanding of the meaning of test is challenging. 

Communication 

The  field  trial  showed  that  choosing  a  communication  type  that  is  available  to  all  customers  is  of  key 

importance (in the case of the Liander field we use Wi‐Fi). 

Matching new with existing hardware 

The field trial highlighted the need to compare the voltage range and currents of the solar panels as well as to 

check whether  they  are matching.  In  the  Liander  field  trial  the  type/model was  not  known  at  the  project 

definition and this lack of matching with existing voltage range and currents caused problems later. Dimensions 

should be checked for replacement, as users are using free space around  inverters, making  installation more 

difficult and time consuming.  

Simulations  are  showing  that  there  are  no  real  problems  expected  in  overvoltage  situations,  because 

controlling down the PV generation will  lower the voltage. Adapting the communication,  in particular rooting 

PQ  field measurement  signals  over  the  grid  operators  IOT  domain,  is  costly  (more  than  10k€).  In  order  to 

successfully  merge  technological  systems  that  were  working  independently  control  strategies  are 

recommended. 

 

 

 

Page 23: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    23 

Sufficient testing time 

A testing time of at least 3 months at the location for the new equipment is recommended. This time span was 

identified in the field trial, however even 3 months may be short to discover all issues involved. The challenges 

depend on the type of technology used and are as follows: 

By  choosing  the  communication  over  the  supplier  of  the  inverter,  lesser  costs  arise  for  later 

implementation. However your test then depends on the willingness and capability of the supplier of 

the inverter to solve problems. 

Using a prototype that is not certified is not a successful strategy to minimize risks. 

Clearly define the parameters to be tested. 

Invest more  time defining KPIs  to  evaluate performance of  solutions; otherwise  calculation  is  time 

consuming as well as  inefficient. Furthermore there  is a  lack  in the common understanding on what 

will be done during the demo. 

IMPLEMENTATION & INSTALLATION PHASE 3.3.2

The involvement of end users combined with the installation and/or replacement of inverters at the end users’ 

premises require extra attention during the implementation and installation phase:  

Be  aware  that  each  installation  is  unique  and  thus  requires  a  (visual)  inspection  of  the  end  users’ 

premises  to  ensure  efficient  installation.  Otherwise  the  costs  related  to  the 

installation/implementation  will  be  much  higher  than  originally  estimated.  This  affects  both,  the 

material and the time to perform the modifications.  

A  frequently  asked  question  (FAQ)‐website  is  recommended  to  tackle  the  main  questions  (most 

efficient to solve main problems). 

When  replacing old  inverters by new  inverters, make  sure  that  the new  inverter has  the necessary 

specifications (e.g. isolation transformer vs. non‐isolated inverters).  

People tend to be not at home during working hours which makes the coordination of the installation 

challenging.  

OPERATIONAL PHASE  3.3.3

The involvement of end users combined with the installation and/or replacement of inverters at the end users’ 

premises requires extra attention during the operational phase:  

Minimize the active  involvement of the end user as much as possible. Most people do not have the 

necessary  technical  knowledge  to  e.g.  adjust  the Wi‐Fi  connection  themselves.  A  high  degree  of 

automation and thus redundancy is required.  

3.4 THE ENERGIENETZE STEIERMARK FIELD TRIAL IN AUSTRIA 

DESIGN & PREPARATION PHASE 3.4.1

The test site was selected according to best simulation results from the Aristotle University of Thessaloniki. An 

interaction with customers was not needed since  the  installation  is  in ownership of  the mother company of 

ENS.  

From the Energienetze Steiermark, from here on ENS, point of view it is important to have at least one meeting 

on the location of the field trial with all responsible partners in order to thoroughly discuss all details related to 

design and preparation. This is especially important because different partners may have different expectations 

and  opinions  about  the  implementation  of  the  pilot  phase.  There  are  also  interdependencies  between 

components  of  the  system  which  have  to  be  clarified  as  soon  as  possible. With  this  approach  we  could 

efficiently adapt the installation scheme of the PV installation in the 10th floor of the main office building. 

Page 24: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    24 

IMPLEMENTATION PHASE 3.4.2

Furthermore, it is also important to have all partners, who are related to the field trial, on the spot during the 

commissioning phase. More precisely, partners who have developed and produced the equipment that is going 

to  be  tested have  to  be  on  site.  The most  important  advantage  is  that  the  knowledge  of  each  equipment 

segment is on hand when needed during the commissioning phase. The implementation phase also highlighted 

the  importance  of  the  remote  access  to  the  controller  for  the  partner who  is  responsible  for  the  control 

algorithms. The reason is that the algorithms have to be updated weekly and thus the travel costs would be far 

higher if the partners are not able to do that remotely. 

OPERATIONAL PHASE 3.4.3

During  the  operation  phase we  frequently  checked  the  communication, which was  possible  due  to  use  of 

GSM/GPRS  based  communication.  A  DSL  option  would  be  more  suitable  due  to  better  availability. 

Furthermore,  ILPRA had  to adapt  frequently  the algorithms and  the parameters of  the controllers/inverters, 

which was easily carried out due to the remote access. 

Page 25: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    25 

4   SYNTHESIS OF INSIGHTS This chapter synthesizes insights that show common patterns across the demonstrations. 

Planning and testing 

The INCREASE field trials showed the need for a thorough planning and testing period, depending however on 

the specific technology. For equipment not being officially certified, FAT and SAT tests are mandatory in order 

to minimize expected  risks. Any  fault during exploitation  is by default  time consuming, usually complex and 

costly. Moreover equipment faults endanger safety of operations and project time schedules. 

Not only  in the Liander field trials problems occurred that were not expected, also  in the EG  field trial there 

were problems with the transformer and an adaptation was needed. In case of EG the ILPRA resistor was not 

certified but this did not influence the network operation. 

Communication systems 

Communication  seemed  an  issue  in most  cases.  In  the  case  of  Liander  the  communication  over  internet 

(Mastervolt) was not reliable. In particular, we suggest an internet platform designed for people to see energy 

demand and which enables  two way communications.  In  the case of EG  the public supplier was not  reliable 

enough.  In case of using WiFi as  far as possible preparation  for  router adjustments have  to be made. Using 

customers WiFi  also  raises  question  about  privacy.  In  case  of  Liander  the MV  inverter  had WiFi  capability, 

inverters  however  needed  to  access  the  internet  (some  customers  shut  down  their  router).  Another  issue 

related to communication is remote access. ENS learned the importance of the remote access to the controller 

for  the partner who  is  responsible  for  the control algorithms. We discovered  that  the algorithms had  to be 

updated weekly and thus travel costs would be far higher if the partners are not able to do that remotely. 

Matching new with existing hardware – practical challenges  

The field trial highlighted the need to compare the technical requirements of old and new systems as well as 

assess whether they are matching. In the Liander field trial, the type/model of inverter was not known at the 

project definition and this lack of matching with existing voltage range and currents caused problems later on. 

In the EG field trials, the existing resistor had to be adapted, while ENS had to disconnect PV panels to comply 

with the voltage band of the new inverter. It is also important to check the dimensions for replacement; users 

are using free space around the inverters, making the installation more difficult and time consuming. In the EG 

case, some of the panels were shadowed and communication antennas created noises in the measurement of 

controllers. Besides  the utilization of new equipment, demo cases should also be based on well proven and 

reliable  day‐to‐day  technologies  in  order  to minimize  general  demo  risks.  A  thoughtful  implementation  of 

upgraded day‐to‐day systems enables later an easier implementation of positive demo outcomes 

Interaction with customers 

Some of the field trials underlined the importance of getting people / customers on board for the test to avoid 

problems at a later stage. This has proven to be intensive and time consuming. In particular, we find that it is of 

key relevance to have at least one meeting on the location of the field trial with all responsible partners where 

all  details  are  discussed  thoroughly.  This  is  important  because  different  partners  may  have  different 

expectations and opinions about what should be done and how it should be done during the pilot tests. There 

are also  interdependencies between components of  the system which have  to be clarified  in an early stage. 

Demo customers, being directly or indirectly involved should be devoted maximum care. 

The  sharing of  information, clear project  insight and  fair play are mandatory. The quality of  services  should 

never be  reduced and demo goals achieved  in order  to attract  customers’  future  interest and engagement. 

Necessary financial reimbursements should not be avoided 

   

Page 26: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    26 

5   RECOMMENDATIONS AND GUIDANCE FOR DSOS This chapter derives key recommendations (KR) for DSO based on the insights of the INCREASE field trials. 

 

 

Design phase 

Key recommendation 1: Proper definition of parameters and KPIs 

The parameters of the measurement equipment which will be used in the field trials such as accuracy level or 

sample rate need to be defined  in detail. We recommend to  invest a sufficient amount of time defining KPIs, 

used to evaluate the performance of the solutions, otherwise  it  is not possible to calculate them, nor have a 

good understanding on what will be available during the demo. KPIs should  include not only technical  issues 

but also others, e.g. funding, market readiness levels, and business cases.  

Key recommendation 2: Sufficient planning and testing 

Quality planning and pre‐testing of new network equipment is of the utmost importance in all smart grid cases, 

since the expected demo risk is additionally reduced that way. By utilizing different already proven and reliable 

technologies,  system  failures  should  be  minimised,  building  new  control  systems  only  as  individual 

demonstration  cases  not  being  interfered with  regular  day‐to‐day  operations,  bringing  new  solutions  into 

operations  only  if  complying with  safety,  reliability  and  voltage  quality  provision.  Problem  grids  should  be 

catalogued in order to facilitate the search of potential test sites and to quantify the full economic potential of 

the technology within the working area. A process has to be created that clarifies how and when new field test 

can be approved. 

Key recommendation 3: Choosing a communication type available to all customers and enabling the remote 

access to the network devices  

Communication is key for a successful demo implementation. Choices need to be made on what must/may the 

device decide locally and what must be done remotely. There has to be a solution for situations if the remote 

communication with the device is lost for a longer period of time. Also there is a need for a remote access for 

DESIGN 

IMPLEMENTATION 

OPERATION 

KR1: Proper definition of parameters and KPIs 

KR2: Sufficient planning and testing 

KR3: Choosing a communication type available to all customers 

KR4:  Partners,  who  are  related  to  the  field  trial,  need  to  be  closely involved during the commissioning and planning phase 

KR5: Carefull interaction with people/ customers 

KR6: Be sure that there is some redundancy in the implementation of the 

solution and define fall‐back scenarios 

KR7: Make  interim  reports  on  results  and  send  them  to  the  different stakeholders  in  order  to  prove  the  reliability  and  added  value  of  the solution in the grid.  

KR8: Use the interim reports on results to improve the solution 

KR9: Embed "Smart control" into the daily business of the DSO 

Page 27: INCREASE Hands on manual for DSOs Final - EDSO for · PDF fileHands on Manual for DSOs ... Figure 2.2 Comparison of different OLTC ... of barriers related to the design, implementation

    27 

the  partner  who  is  responsible  for  the  control  algorithms.  The  INCREASE  field  trials  showed  that  private 

communication  is  preferable  over  public  networks.    However  a  proper  balance  between  technical 

requirements, available infrastructure and costs must be identified. 

Implementation phase 

Key recommendation 4: All partners, who are related to the field trial, need to be closely involved during the 

commissioning and planning phase 

It  is  important  to have all partners, who are  related  to  the  field  trial, on  the spot during  the commissioning 

phase. The partners who have developed and produced the equipment that  is going to be tested  in the pilot 

have  to  be  on  site.  The most  important  advantage  is  that  the  knowledge  of  each  equipment  segment  is 

available when needed during the commissioning phase. 

Key recommendation 5: Careful interaction with people/ customers 

It is of utmost importance to get people / customers on board for the test to avoid problems at a later stage. 

The  sharing of  information  and  a detailed project  insight  as well  as  fair play  are  important. As demos may 

interfere with  the privacy of households more  information may be needed  than with  industrial  customers. 

Customers’ demands should be always seriously considered and being reasonable and strictly respected.  

Key recommendation 6: Be sure that there  is some redundancy  in the  implementation of the solution and 

define fall‐back scenarios.  

Define a contingency plan, what if the device does not work as foreseen. Who has the responsibility for which 

case, who will  intervene  in which case. Who has the end responsibility to end the field test and revert to the 

classical case?  

Operation phase 

Key  recommendation 7: Make  interim  reports on  results  and  send  them  to  the different  stakeholders  in 

order to prove the reliability and added value of the solution in the grid. 

Communicate the timing of the different tests proactively to the different stakeholders. Stakeholders need a 

good understanding of timing and interrelationships between different tasks in order to avoid delays. 

Key recommendation 8: Use the interim reports on results to improve the solution 

Solutions have to be constantly improved (for example with fine‐tuning of the control settings) as new results 

are available, to enable a smooth operational phase and to obtain maximal added value out of the solutions. 

Key recommendation 9: Carefully embed smart control into the daily business of the DSO 

Smart control applications should be very carefully  introduced  into daily operations  taking  the priority  levels 

(e.g. safety and reliability of operation)  into account. New technologies and solutions should be approved by 

qualified experts (incl. for example technology committees). 

 

 


Recommended