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Definizione e sviluppo di tecniche di controllo decentralizzate per reti di distribuzione ripartite in celle

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Definizione e sviluppo di tecniche di controllo decentralizzate per reti di distribuzione ripartite in celle

Il documento illustra lo sviluppo e l’analisi in ambiente di simulazione di un nuovo sistema di controllo di tipo decentralizzato con supervisore che permette di coordinare le differenti celle in cui è stata ripartita una rete di distribuzione ibrida corrente alternata/corrente continua in modo tale da minimizzare gli sbilanciamenti di potenza e la variazione della tensione di rete.

L’avvento delle tecnologie da fonti rinnovabili e dell’elettronica di potenza nelle reti di bassa e media tensione hanno determinato l’evoluzione dell’attuale sistema elettrico, con lo sviluppo di reti di distribuzione intelligenti. I cambiamenti sono tuttora in corso e porteranno nei prossimi anni ad ulteriori sviluppi, quali la realizzazione di reti di distribuzione in corrente continua (c.c.) che possono connettersi alla rete in corrente alternata (c.a.) in più nodi della rete, permettendo il rafforzamento della rete di distribuzione.

Nonostante ciò, un’infrastruttura di rete più solida non è sufficiente per supportare l’imminente decentralizzazione del sistema elettrico e devono essere sviluppati nuovi algoritmi di coordinamento e controllo. Infatti, la natura intermittente e non deterministica delle fonti rinnovabili e di alcuni nuovi carichi elettrici aumenta la variabilità della potenza di rete, causando continui squilibri di potenza tra generazione e domanda, che possono portare a gravi deviazioni di frequenza.

In questo contesto, la ripartizione della rete di distribuzione in celle rappresenta una possibile soluzione per ridurre le perturbazioni della rete, minimizzare le contingenze e favorire l’integrazione di generazione rinnovabile all’interno della rete di distribuzione. La cella è infatti una porzione della rete di distribuzione che presenta uno o più punti di connessione con la rete prevalente e le altre celle ed è dotata di un proprio controllore in grado di compensare localmente le variazioni di potenza attiva rispetto ai valori previsti, garantendo al contempo una riserva che può essere utilizzata per fornire ulteriori servizi alla rete o alle celle adiacenti.

L’attività svolta ha riguardato la progettazione e la validazione attraverso simulazioni numeriche di una struttura di controllo per il coordinamento e la gestione delle celle in cui è ripartita una rete di distribuzione ibrida c.a./c.c.. La struttura di controllo progettata è basata su un Model Predictive Control (MPC) supervisionato che permette di compensare in modo efficiente e veloce gli sbilanciamenti di potenza causati da carichi e fonti rinnovabili. Questo controllo è applicato a ciascuna cella, in modo da bilanciare localmente la variabilità di potenza sfruttando le riserve di flessibilità, che sono rappresentate dalla microreti locali. Ciascun MPC di cella comunica inoltre con un supervisore centrale il quale coordina i flussi di potenza nella rete in corrente continua in caso di mancanza di potenza nele celle. L’obiettivo è supportare le celle che richiedono potenza, direzionandola da quele celle che ne hanno disponibilità, agendo sulle interfacce controllabili della rete in corrente continua.

I risultati numerici mostrano l’efficacia dell’approccio, che garantisce un’azione rapida e ottime proprietà di scalabilità. La struttura di controllo progettata è altamente flessibile e permette di essere integrata con diverse configurazioni di reti ibride c.a./c.c.. Inoltre, la struttura di controllo descritta è perfettamente adattabile a diverse tipologie di generatori e batterie e può essere facilmente adattata a diversi casi e a diverse assunzioni di modello.

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