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Stimatore dello stato completo per una rete elettrica squilibrata e applicazione di diversi metodi di stima

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Stimatore dello stato completo per una rete elettrica squilibrata e applicazione di diversi metodi di stima

Questo documento riporta le attività effettuate allo scopo di sviluppare ed analizzare metodi di stima dello stato nelle reti di distribuzione di bassa tensione. L’attività ha permesso di comparare in ambiente di simulazione il comportamento di differenti metodi di stima, quali i minimi valori assoluti ponderati e i minimi quadrati ponderati, applicati a reti equilibrate e squilibrate in presenza di sistemi di misura di tipo PMU.

Con l’integrazione sempre maggiore delle fonti rinnovabili, l’installazione dei sistemi di accumulo, la crescente domanda di energia nelle reti di distribuzione, si rendono necessarie tecniche di controllo sempre più complesse. Il monitoraggio più puntuale e completo dei parametri delle reti diventa quindi un imperativo.

 

L’installazione ottimale dei sistemi di monitoraggio sincronizzati, quali i Phasor Measurement Unit (PMU), nei punti critici della rete di distribuzione permette una migliore osservabilità della rete rispetto a quanto ottenibile tramite le Remote Terminal Unit (RTU). L’utilizzo delle PMU nella rete di distribuzione permette infatti di integrare nella stima dello stato della rete, ulteriori funzionalità quali la stima delle impedenze di linea, l’identificazione della topologica di rete, inclusa l’individuazione di una porzione della rete in isola, oltre che l’identificazione di guasti in rete.

 

L’utilizzo di fasori sincronizzati e la possibilità di utilizzare le grandezze in forma cartesiana permette infatti di riscrivere dei modelli di rete lineari con un vantaggio dal punto di vista computazionale. Nonostante questi vantaggi, la complessità delle reti di distribuzione di bassa tensione, dovuta all’elevato numero di nodi e configurazioni e al possibile sbilanciamento delle fasi, determina la necessità di apportare delle semplificazioni nella trattazione del problema di stima.

 

L’attività svolta in questo rapporto è suddivisa in due parti e vuole individuare e studiare possibili metodi per risolvere il problema della stima dello stato in reti di bassa tensione. La prima parte riguarda lo studio, lo sviluppo e l’implementazione di uno stimatore WLAV (minimi valori assoluti ponderati, in inglese Weighted Least Absolute Value). Lo stimatore sviluppato permette di eliminare direttamente i dati non validi e restituisce stime molto più accurate. È stato svolto un confronto tra lo stimatore WLAV e lo stimatore WLS studiato nel triennio scorso e il risultato ottenuto ci conferma che lo stimatore WLAV è migliore rispetto allo stimatore WLS (minimi quadrati ponterati, in inglese Weighted Least Square) in termini di velocità di esecuzione e di abbattimento degli errori, fornendo una stima dello stato più precisa.

 

Nella seconda parte dell’attività, è stata studiata, sviluppata e implementata la stima dello stato d’una rete trifase sia equilibrata che squilibrata per potere rappresentare realmente una rete di distribuzione in bassa tensione con le sue complessità. La stima dello stato nel caso della rete di distribuzione trifase equilibrata è stata realizzata con l’uso delle PMU previste nei diversi nodi della rete per l’acquisizione e il monitoraggio dei parametri sincronizzati. Considerando nulle la corrente e la caduta di tensione nel conduttore del neutro, il problema si risolve come nel caso del WLS nella rete monofase, con la differenza che nel trifase le equazioni si triplicano e la matrice delle ammettenze diventa tre volte più grande, con risultati simili rispetto al caso di rete di bassa tensione monofase.

 

Per quello che riguarda la rete trifase squilibrata, sono state considerate la caduta di tensione tra il conduttore di neutro e la terra, e la circolazione di corrente nel conduttore di neutro. È chiaro che il problema si complica tenendo conto del contributo del neutro, avendo più equazioni e una matrice delle ammettenze ancora più grande. La stima dello stato è fatta anche in questo caso con l’uso delle misure sincronizzate dalle PMU basandosi sulla tecnica dei minimi quadrati ponderati.

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