Il presente lavoro Rapporto CESI A5029803 “Analisi di un caso di impiego della tecnologia HVDC mediante VSC. Sviluppo di un modello matematico di dettaglio” si inquadra nell’ambito del progetto RETE 21, sottoprogetto NOVARET, workpackage 1, milestone 1.8, della RICERCA di SISTEMA 2003/2005. L’argomento oggetto del lavoro è lo sviluppo di un modello matematico di dettaglio di un impianto HVDC con tecnologia VSC. Dopo una breve introduzione, nel secondo capitolo viene descritto il sistema in corrente alternata nel quale è inserito il collegamento HVDC a tensione impressa. Questo sistema è costituito da due reti tra loro indipendenti modellizzate attraverso i rispettivi equivalenti di Thevenin, la cui impedenza è correlata al valore della potenza di corto circuito che è stata definita nei precedenti studi statici per i nodi ove sono poste le stazioni di conversione. Nel terzo capitolo, dopo aver brevemente richiamato i vantaggi e gli svantaggi del collegamento HVDC a tensione impressa e la sua condizione base di funzionamento (condizione nella quale il collegamento eroga 320 MW e 100 Mvar al nodo a 220 kV AMNM), viene descritta la struttura di ciascuna stazione di conversione, riportando i principali parametri di dimensionamento del ponte di conversione, del trasformatore di connessione, dei reattori di accoppiamento, dei filtri c.a. e c.c., e dei condensatori c.c. posti immediatamente a monte dei convertitori. Infine viene descritto il modello del cavo c.c., costituito dalla serie di 4 multipoli, ciascuno dei quali rappresenta una sezione della coppia di cavi c.c. di lunghezza pari ad un quarto della lunghezza totale del collegamento. Il quarto capitolo riguarda il sistema di controllo dei convertitori del collegamento HVDC a tensione impressa. Dapprima vengono descritti gli anelli interni di regolazione della potenza attiva e reattiva che agiscono utilizzando la trasformazione di Park: per ottenere dei transitori di migliore qualità è stato disaccoppiato il controllo sugli assi d e q. Viene riportata la procedura di taratura dei regolatori PI di questi anelli di controllo. Essi sono stati tarati applicando il criterio di Bode, imponendo i valori desiderati per la frequenza di taglio e per l’angolo margine della funzione di trasferimento d’anello aperto del sistema controllato. In seguito si descrive l’anello di regolazione della tensione c.c. che utilizza un controllore di tipo PI, e la sua procedura di taratura. Anche per questo anello la taratura è stata condotta attraverso il criterio di Bode applicato alla funzione di trasferimento del sistema. La seconda parte del capitolo riguarda invece il modulatore PWM. Dopo aver richiamato la tecnica di modulazione utilizzata, viene descritto l’algoritmo di bilanciamento necessario per equilibrare la tensione dei due banchi di condensatori c.c. posti a monte dei convertitori a tre livelli di tensione di tipo NPC (Neutral Point Clamped). Nella parte finale del capitolo vengono descritti gli algoritmi di limitazione della corrente dei convertitori. Il primo algoritmo è destinato a limitare istantaneamente il valore istantaneo della corrente nel convertitore, agendo direttamente sui segnali

di accensione e spegnimento delle valvole. Il secondo algoritmo invece ha la funzione di limitare il valore efficace della corrente del convertitore in modo che lo stesso operi all’interno della curve di capability. Quest’ultimo algoritmo agisce limitando i segnali di riferimento delle potenze attiva e reattiva scambiate dai convertitori. Nel quinto capitolo vengono riportati i risultati delle simulazioni di verifica del modello matematico del collegamento. Le simulazioni si riferiscono ad un sistema elettrico costituito da due equivalenti di rete, tra loro indipendenti, collegate da un unico collegamento HVDC a tensione imposta. Dapprima viene verificato il comportamento di un singolo convertitore operante come STACOM (gradino di potenza reattiva erogata e gradino della tensione c.c. di riferimento), poi il funzionamento del sistema operante come HVDC back to back (gradino di potenza attiva e gradino di potenza reattiva erogate), ed infine il comportamento dell’impianto HVDC a tensione impressa che comprende anche il cavo c.c.: per il modello completo le simulazioni riguardano un gradino di potenza attiva, un gradino di potenza reattiva, un gradino della tensione c.c. di riferimento. Infine le ultime due simulazioni sono volte a verificare il corretto intervento dei due algoritmi di limitazione della corrente dei convertitori. I risultati delle simulazioni hanno confermato i punti seguenti: • Una dinamica di risposta estremamente rapida per il collegamento c.c.; • Un buon disaccoppiamento tra i differenti anelli di controllo; • Una elevata stabilità del sistema HVDC-VSC anche a fronte di transitori che hanno richiesto l’intervento delle logiche di limitazione che si sono sovrapposte agli anelli di controllo operativi al momento garantendo agli apparati (in particolare ai convertitori) un funzionamento all’interno delle curve di prestazione previste dallo specifico dimensionamento; • Una elevata flessibilità per tali tipologie di impianti, per le quali risulta essere abbastanza agevole controllare i flussi di potenza attiva e reattiva tra le stazioni di conversione e le rispettive reti a tutto vantaggio delle funzionalità che conseguono dalla regolazione di tali parametri.