Bachelor's Thesis

Modernization of the low voltage distribution network and its impact on the grid connectivity of renewable energy sources

Final Thesis 5.94 MB Appendix 2.23 MB

Author of thesis: Petr Pekárek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Michal Ptáček, Ph.D.

Reviewer: Ing. Václav Vyčítal, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the design of a modernization of a low-voltage distribution network in a specific municipality operated by EG.D. The main objective is to increase the network capacity for the connection of renewable energy sources, especially photovoltaic power plants. The theoretical part summarizes the legislative framework for the connection of renewable energy sources, EG.D’s approaches to cable network implementation, and the standardized components used. The practical part first analyzes the current scenario of the existing overhead line network. Subsequently, two modernization scenarios are proposed and evaluated: a fully underground cable network and an optimized scenario for maximum connection of RES, meaning fully underground cable network with additional network densification by means of a new transformer substation.
The modeling of these scenarios was carried out in the Grizzly software with a focus on voltage conditions, impedance loops, current loading, and operational losses. The thesis also includes technical drawings prepared in AutoCAD and a technical-economic assessment of both investment and operational costs of both modernized scenarios.
The result of the thesis is a proposed network modernization solution corresponding to the development plans of EG.D, enabling further expansion of renewable energy sources in the given locality.

Keywords:

network cabling, low voltage, distribution substation, distribution network, RES, PVPP, Grizzly, technical analysis

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval výsledky své závěrečné práce. Dr. Ptáček představil komisi posudek vedoucího i oponenta a požádal studenta o zodpovězení otázek, student samostatně správně odpověděl. Doplňující dotaz položila doc. Orságová ke ztrátám na kabelech a zahuštění sítě, student samostatně správně odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (předseda)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ilona Lázničková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Škoda, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Valíček, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Michal Ptáček, Ph.D.

Bakalářská práce se zabývá návrhem modernizace distribuční sítě nízkého napětí ve vybrané obci ve správě společnosti EG.D s cílem zvýšit kapacitu pro připojování obnovitelných zdrojů energie, zejména fotovoltaických elektráren. Teoretická část shrnuje požadavky na distribuční sítě, principy kabelizace, legislativní rámec připojování OZE podle PPDS a interní koncepce a standardy EG.D, včetně typizovaných kabelů, skříní a zásad návrhu dvojúrovňových sítí. Vhodně tak uvádí čtenáře do problematiky a vytváří potřebné zázemí pro pochopení následně navrhovaných scénářů modernizace.
V praktické části je nejprve analyzován současný stav sítě NN z hlediska stáří, technického provedení, instalovaných výkonů OZE a poruchovosti, což umožňuje identifikovat hlavní slabá místa a limity stávajícího řešení. Následně je ve výpočtovém prostředí Grizzly vyhodnocen stávající stav z pohledu napěťových poměrů, impedančních smyček, proudového zatížení a ztrát činného výkonu, přičemž výsledky potvrzují, že venkovní vedení je na hranici technické životnosti a kapacitních možností pro další připojování zdrojů. Na tuto analýzu navazuje návrh dvou modernizačních scénářů – plné kabelizace a plné kabelizace se zahuštěním sítě novou kioskovou DTS – včetně změny topologie, volby průřezů kabelů, rozdělení napájecích oblastí a opětovného výpočtového posouzení v programu Grizzly.
Výsledky výpočtů ukazují výrazné zlepšení napěťových poměrů, snížení ztrát činného výkonu i uvolnění výkonové rezervy pro budoucí rozvoj odběrů a OZE, přičemž u obou modernizovaných variant dochází ke snížení napěťových odchylek a k významnému poklesu ztrát díky kombinaci kabelizace, větších průřezů a úpravy topologie. Součástí práce je rovněž orientační technicko‑ekonomické zhodnocení, které porovnává kapitálové náklady modernizace s odhadovanými úsporami na ztrátách; na jeho základě je jako vhodnější doporučena varianta plné kabelizace bez výstavby nové DTS, protože poskytuje dostatečnou rezervu pro další rozvoj a zároveň vykazuje příznivější poměr mezi výší investice a dlouhodobými provozními přínosy.
Z hlediska technické a matematické správnosti působí použitý postup konzistentně – výpočty vycházejí z jasně popsaných vstupních předpokladů, jsou hodnoceny relevantní veličiny a závěry odpovídají očekávanému chování sítě při kabelizaci a změně topologie. Pozitivně lze hodnotit také to, že práce neřeší pouze jeden parametr, ale sleduje současně napětí, impedance, ztráty i proudové zatížení a snaží se výsledky propojit s ekonomickým hlediskem. V kontextu bakalářské práce je praktická část zpracována v odpovídající hloubce a na zadání reaguje věcně a systematicky.
Bakalářskou práci považuji za kvalitně zpracovanou, s dobrou vazbou na praxi provozovatele distribuční soustavy a s jasně formulovanými technickými závěry využitelnými pro rozhodování o modernizaci sítě. Jako drobnou připomínku vnímám skutečnost, že teoretická část je zaměřena spíše na přehled a popis stávajících standardů než na hlubší vlastní rozbor a že i v praktické části by bylo možné místy ještě podrobněji diskutovat dopady dosažených výsledků na různé scénáře dalšího rozvoje sítě. Práce tím ale nijak neztrácí svou praktickou hodnotu a v kontextu bakalářské úrovně je rozsah i hloubka zpracování odpovídající. Zadání práce bylo podle mého názoru splněno ve všech bodech. Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A (90 b.).

Otázka 1: Které technické parametry považujete při modernizaci sítě NN za rozhodující pro posouzení připojitelnosti dalších FVE a proč právě tyto?

Otázka 2: Jaké hlavní rozdíly z hlediska napěťových poměrů, ztrát a výkonových rezerv ukázalo porovnání scénáře plné kabelizace a scénáře se zahuštěním sítě novou DTS?

Otázka 3: Pokud by v delším horizontu došlo k výrazně rychlejšímu růstu zatížení nebo instalovaného výkonu OZE, než s jakým uvažujete v práci, jak by se podle vašeho názoru změnila vhodnost doporučeného scénáře modernizace? Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Václav Vyčítal, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje síťovým výpočtům vybrané sítě nízkého napětí za účelem provedení analýzy možností modernizace této sítě s ohledem na připojovací kapacitu nových zdrojů v této síti. Samotné zpracování je stylisticky na vysoké úrovni. Zvolený postup při zpracování lze považovat za adekvátní, nicméně lze práci mírně vytknout přílišnou svázanost se zavedenými postupy s se samotným zadáním. Z hlediska vyhodnocení výsledků by tak určitě bylo zajímavé porovnat více různých scénářů, kdy v práci byly scénáře v podstatě určeny již samotným zadáním a jejich případná variabilita je svázaná zavedenými postupy EG.D (tj. jsou definovány pouze dva průřezy vedení, varianty modernizace jsou definovány v bodě 4 zadání práce aj.). Výsledná práce tak představuje dvě varianty modernizace sítě a porovnává je se současným stavem. Případný čtenář by ovšem k samotnému řešení mohl mít mnoho otázek, či poznámek proč byly určité postupy zvoleny a nebyly vyzkoušeny i jiné nabízející se možnosti. Některé z těchto otázek/připomínek přikládám níže.
Celkově práci hodnotím kladně a vzhledem k naplnění bodů zadání ji hodnotím stupněm A 90 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Při výpočtu změn napětí po připojení výroben je při výpočtu uvažována vždy jen jedna výrobna nebo jsou všechny ostatní připojeny a program počítá stav po připojení vždy jedné konkrétní ke zbylým stávajícím? Nebylo by logičtější uvažovat např. roční minimum odběru a k tomu připojené všechny výrobny nebo nějaký jiný postup? Zároveň při výpočtu bylo uvažováno s odbočkou transformátoru v základní pozici, je předpoklad síť takto provozovat?
  2. V kapitole 5.1.1 je počítaná výkonová rezerva pro další připojení FVE ve vybraných uzlech. Je uvažována lineární závislost mezi výkonem a změnou napětí. Zvažoval jste tento postup ověřit také konkrétním výpočtem v programu Grizzly namísto zjednodušené lineární aproximace?
  3. V kapitole 5.4. je provedeno také ekonomické zhodnocení. Obecně by zde bylo také zajímavé srovnání se scénářem provedení jako venkovního vedení. CAPEX by se pro takovou variantu dal předpokládat značné nižší. Zároveň navržená varianta s trafostanicí uprostřed obce a kabelizací může narážet na problém věcných břemen a nezbytnosti rozsáhlých výkopových prací. Pro trafostanici uprostřed obce by muselo být dovedeno VN vedení do středu obce. Naproti tomu při posílení venkovních AlFe lan by náklady mohly být značné nižší. Posledně znáte dobu plných ztrát? Jak by tento údaj pozměnil deklarovanou návratnost plné kabelizace sítě dle OPEX? Mohl by jste diskutovat uvedené připomínky k návrhu, jejich úskalí, výhody/nevýhody atp.?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová