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Descrizione e risultati delle simulazioni di transitori elettromagnetici del modello di HVDC light bi-terminale implementato nel programma ATP (Alternative Transient Program)

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Descrizione e risultati delle simulazioni di transitori elettromagnetici del modello di HVDC light bi-terminale implementato nel programma ATP (Alternative Transient Program)

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:35 pm

Il presente lavoro si inquadra nell’ambito delle attività CESI – Business Unit “RETE” volte all’acquisizione di maggiori conoscenze sulle caratteristiche di funzionamento e sulle prestazioni di impianti di trasmissione in corrente continua basati su convertitori statici a commutazione forzata. Si tratta di una tecnologia promettente, in rapido e costante sviluppo, al momento proposta industrialmente da un solo costruttore (ABB), con un numero ancora molto limitato di applicazioni (sotto la denominazione di “HVDC light”). Tali convertitori, del tipo a tensione impressa, impiegano componenti statici a “commutazione forzata” denominati IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), che attualmente permettono di realizzare ponti di conversione anche di potenza dell’ordine di qualche decina di MW e tensione di qualche decina di kV. L’adozione di tale tecnologia consente il funzionamento dei ponti di conversione anche su reti molto deboli (al limite passive), riducendo al contempo le esigenze di compensazione delle armoniche e della potenza reattiva che i tradizionali sistemi HVDC a tiristori comportano. Questa soluzione costruttiva permette inoltre un “layout” di stazione molto compatto. Un altro aspetto interessante è l’allargamento del campo di applicazione della trasmissione in corrente continua da quello tradizionale delle grandi potenze per reti di trasmissione a quello delle medie potenze per reti di distribuzione (MT ed AT). Infatti, la connessione serie degli IGBT e la modularità della soluzione, permette di realizzare collegamenti HVDC Light sino a potenze di 100÷200 MW, con tensioni continue di circa ±150 kV. Il presente rapporto descrive il modello di HVDC light bi-terminale sviluppato nel codice ATP (Alternative Transient Program) per l’analisi di transitori elettromagnetici, in particolare per valutare le sue prestazioni e l’impatto in rete, nonché i risultati ottenuti dalle simulazioni eseguite. Il dimensionamento del sistema e la verifica delle prestazioni sono state soprattutto effettuate con riferimento alla bibliografia esistente. In particolare, si è considerato un collegamento bi-terminale e bi-direzionale della potenza di circa 8 MVA, con linea di trasmissione DC in cavo interrato ad una tensione di ± 20 kV. Le stazioni di conversione sono state collegate ad entrambe le estremità a reti a media tensione, ipotizzando, lato raddrizzatore, una rete AC relativamente “forte”, mentre lato invertitore si sono considerati entrambi i casi di rete “forte” o “passiva”.

La frequenza di commutazione dei componenti elettronici di potenza, modulati con tecnica PWM, è di circa 2 kHz. Sono stati implementati anelli di controllo e logiche di gestione dei transitori tipici dei sistemi in questione, eseguendo simulazioni di verifica relative a: – prese di carico – variazioni dei riferimenti – corto circuiti nella rete AC – corto circuiti sulla linea DC – blocchi di convertitori. I risultati ottenuti, sia pure di carattere preliminare, hanno confermato che tali sistemi sono in grado di funzionare su reti AC riceventi molto deboli, al limite “passive”, consentendo, in quest’ultimo caso, la regolazione della tensione AC dell’invertitore e quella della potenza reattiva scambiata con la rete AC dal raddrizzatore (che controlla anche la tensione lato DC). Nel funzionamento su rete “attiva” è possibile regolare in modo rapido ed indipendente le potenze attiva e reattiva scambiate con la rete dall’invertitore, con il raddrizzatore operante ancora in regolazione di Vcc e di potenza reattiva. Le simulazioni hanno anche consentito di individuare possibili strategie di regolazione e controllo a fronte di blocchi dei convertitori e/o guasti sulla rete AC o sul collegamento DC. Si mette in evidenza che è prevista una successiva attività di confronto dei risultati qui ottenuti con un analogo modello in fase di sviluppo nel codice EMTDC, per giungere ad una reciproca validazione dei modelli stessi e procedere poi alla realizzazione di modelli di sistemi “multi-terminali”. Si segnala infine che è stata eseguita una indagine sullo stato dell’arte della tecnologia dei sistemi di trasmissione in corrente continua con convertitori a commutazione forzata, i cui risultati sono riportati nel rapporto A0/023291 del 10.7.2000.

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