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rapporti - Deliverable

2.3.2-Analisi dei profili di tensione in reti MT dovuti alla presenza di Generatori Distribuiti (GD) e valutazione in simulato di una possibile metodologia di controllo.

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2.3.2-Analisi dei profili di tensione in reti MT dovuti alla presenza di Generatori Distribuiti (GD) e valutazione in simulato di una possibile metodologia di controllo.

Nel quadro del processo di trasformazione del sistema elettrico uno dei temi di maggior interesse è quello della diffusione della Generazione Distribuita (GD) ossia di generatori di piccola o media taglia nelle reti di distribuzione in media e bassa tensione. A favore della diffusione della GD esistono diversi fattori: la necessità di aumentare in modo consistente l’efficienza della conversione delle fonti energetiche primarie e la possibilità di utilizzare fonti disponibili solo localmente, la possibilità di ritardare o eliminare investimenti sulle reti di trasmissione e distribuzione, il miglioramento della qualità e sicurezza della alimentazione dei consumi elettrici, il più facile inserimento nell’ambiente. Vi sono però barriere costitute dai costi delle tecnologie per i sistemi di GD e dal fatto che le reti di distribuzione in media e bassa tensione sono state progettate e costruite e sono tuttora esercite nell’ottica di reti puramente passive, in cui i flussi di potenza mantengono la sola direzione dalla generazione centralizzata e dalla trasmissione verso i punti di alimentazione del carico. Automazione e controllo assumono un ruolo decisivo per il superamento di alcuni ostacoli e per il raggiungimento di molti dei benefici attesi. Attualmente le reti MT-BT vengono gestite come reti radiali, pur avendo collegamenti che permettono alle stesse reti di essere alimentate da linee diverse in partenza sia dalla medesima cabina che da cabine diverse e la regolazione di tensione viene attuata oggi con due azioni: 1. Variazione sotto carico del rapporto di trasformazione AT/MT in cabina primaria 2. Taratura a vuoto del rapporto di trasformazione MT/BT in cabina secondaria Nel primo caso esistono due modalità: • Tensione costante sul secondario (il riferimento di tensione è determinato in base a dati storici) • Compensazione in corrente (il riferimento di tensione è dato da una funzione lineare della corrente) Pertanto sulle linee MT e BT si hanno profili di tensione che dipendono sostanzialmente dalla distribuzione dei carichi. Per quanto riguarda i generatori collegati alla rete MT, essi sono chiamati a produrre potenza reattiva per soddisfare un determinato valore medio mensile di cosϕ per le ore diurne e un altro valore di cosϕ per le ore notturne allo scopo di compensare in parte le esigenze di reattivo della rete di trasmissione. Un forte incremento di GD (prevalentemente impianti di cogenerazione e impianti eolici, con generatori sincroni/asincroni) connessa alla rete MT, potrà provocare alterazioni nel profilo della tensione lungo le linee e quindi rendere insufficienti le modalità di controllo attuali della tensione previste per una rete passiva. Parte di questi generatori potranno quindi partecipare alla regolazione di tensione. Per analizzare i possibili effetti che gli impianti di generazione distribuita inducono sui valori e sui profili di

tensione delle reti di Media Tensione sono state scelte, dopo accurato esame, due reti elettriche, presenti nella realtà territoriale italiana, che vengono ritenute rappresentative per il tipo di componenti (conduttori e trasformatori), per le lunghezze delle tratte e la natura dei carichi e per i valori dei flussi di potenza trasportati. Per far questo sono stati realizzati due modelli di rete utilizzando il codice di calcolo DigSilent e sono stati eseguiti diversi calcoli statici di load flow ipotizzando due condizioni limite di funzionamento (massimo carico e minimo carico) sia per la situazione di rete passiva che per la situazione di rete attiva ovvero in presenza di generatori ad essa allacciati. In tutti i casi eseguiti si è fatta l’ipotesi di agire sul variatore sottocarico del trasformatore AT/MT per contenere il valore delle tensioni lungo le due reti radiali entro +/- 5% del valore nominale. I risultati delle simulazioni mettono in evidenza che nel caso di rete passiva non esistono problemi nel mantenere la tensione entro i limiti fissati ed il suo profilo risulta monotòno con la distanza dalla Cabina Primaria (C.P.); nel caso invece di rete attiva, pur ipotizzando l’allacciamento di generatori di taglia e tipologia realisticamente concordi con il tipo di rete MT, non si riesce a mantenere il valore della tensione entro i limiti richiesti in alcuni punti della rete ed inoltre si assiste ad una modifica del profilo della tensione in seguito all’inversione del flusso di potenza in alcuni tratti di linea. I risultati ottenuti dalle simulazioni con l’impiego dei due modelli di rete possono essere ritenuti attendibili per la veridicità dei dati utilizzati ed il dettaglio nella rappresentazione dei loro componenti. Pertanto, dopo aver evidenziato gli effetti indotti dalla GD sulla tensione di rete, si è passati ad affrontare il problema del controllo, ovvero l’indagine su modalità innovative di regolazione della tensione che sfruttino anche le potenzialità della GD. Dopo una rassegna sui lavori presentati in diversi convegni internazionali su questo argomento, è stata fatta una proposta al riguardo che consiste nell’adottare un sistema di controllo delle tensioni coordinando il regolatore del variatore sottocarico del trasformatore AT/MT con la partecipazione dei GD nella modulazione della produzione di reattivo assecondando la richiesta fatta da un controllore centralizzato in cabina primaria. L’idea è quella di definire in modo automatico un cosϕ di partecipazione dei GD tale da soddisfare un desiderato transito di potenza reattiva dalla rete AT verso la rete MT limitando in tal modo le perdite sul trasformatore e mediamente nella rete MT. Ciò, tuttavia non può evitare possibili locali inversioni di flusso di potenza e quindi profili di tensione non monotòni con la distanza dalla C.P. Per indagare la validità e i limiti del sistema di controllo proposto si è scelto di simularne il funzionamento mediante un modello matematico implementato nell’ambiente di calcolo LegoPC – MATLAB-Simulink. Tale modello è costituito da una rete MT (comprendente il trasformatore AT/MT, da cui si dipartono tre linee, i carichi, tra cui due grossi motori asincroni, alcuni trasformatori MT/BT e tre generatori distribuiti) trattata e risolta da LegoPC e dai sistemi di controllo (centralizzato e distribuito nei vari generatori) implementati con MATLAB-Simulink. E’ stata fatta dapprima un’indagine sui regimi stazionari ottenibili dal sistema di controllo proposto per diverse condizioni di carico della rete e per diverse localizzazioni ed entità di produzione dei generatori. I risultati hanno evidenziato che se la GD è diffusa in modo uniforme nelle varie linee della rete MT (cioè ben

pianificata) col sistema di controllo della tensione coordinato qui proposto si ottengono prestazioni migliori di quelle ottenibili con il sistema tradizionale di regolazione con variatore sottocarico. Tuttavia in caso di forte dissimmetria di generazione sulle linee non si riesce a contenere entro i limiti desiderati l’aumento o la diminuzione di tensione in alcuni nodi di rete. E’ stata poi eseguita un’analisi dinamica del sistema di controllo proposto simulando : • variazioni del set-point di potenza reattiva transitante verso la rete MT (tramite una variazione del set di fattore di potenza) • variazioni improvvise del carico della rete MT • fuori servizio di un generatore Infine si è voluto indagare l’eventuale beneficio nelle prestazioni dinamiche del controllo di tensione quando, assieme ad un controllo coordinato, i GD a loro volta controllano la produzione di potenza reattiva mediante un regolatore proporzionale dell’errore di tensione sul montante di macchina. In questo caso si è supposto che alla richiesta di potenza reattiva locale si sommi la richiesta di potenza reattiva definita dal set-point di cosϕ inviato dal controllore centrale. La simulazione dinamica dimostra che un controllo locale della tensione così concepito migliora soltanto la rapidità di risposta dei GD ma non influisce sui risultati del regime stazionario ottenibili dal solo controllo centralizzato. Dai risultati ottenuti simulando il controllo coordinato delle tensioni e del reattivo sulla rete MT si evince che il sistema qui proposto ha dei limiti quando la GD non è diffusa uniformemente sulle linee afferenti al trasformatore AT/MT. Viene spontaneo allora pensare che effettuando controlli separati del reattivo sulle linee a cui sono allacciati dei GD (dotati di generatore sincrono) si riesca ad ottenere una maggiore efficacia nel mantenere il profilo delle tensioni entro i limiti consentiti. L’attività quindi prosegue investigando le prestazioni di questa nuova variante del controllo coordinato tensioni – potenza reattiva.

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