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rapporti - Deliverable

Sviluppo e sperimentazione del controllo locale di risorse energetiche per il funzionamento in isola della test facility di RSE

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Sviluppo e sperimentazione del controllo locale di risorse energetiche per il funzionamento in isola della test facility di RSE

Sono presentati i principali risultati ottenuti dallo studio e dall’implementazione di un alogica di controllo per convertitori elettronici di potenza volta al mantenimento dell’isola elettrica. Sono state analizzate le caratteristiche peculiari del controllo in questione, detto droop, successivamente valutato sperimentalmente all’interno della Test Facility di RSE.

L’attuale contesto evolutivo della rete di distribuzione vede il diffondersi di un numero crescente d ipiccoli generatori collegati a fonti rinnovabili che, per la naturale variabilità della propria produzione, possono causare problemi di esercizio nella rete di distribuzione. Gli ostacoli di natura tecnica ad una larga penetrazione della generazione distribuita possono essere superati adottando nuove strutture di rete e tecnologie di controllo innovative. Fra queste assume particolare rilevanza il concetto di microrete, definita come una rete di distribuzione di bassa tensione con presenza di generatori, carichi e dispositivi di accumulo connessa in un solo punto alla rete di distribuzione prevalente. Le microreti sono concepite come sistemi di distribuzione semi autonomi in grado di soddisfare il loro carico locale e di scambiare potenza con la rete di più alto livello in modo controllato. Operano prevalentemente connesse alla rete di distribuzione ma possono essere progettate con la possibilità di passare automaticamente al funzionamento autonomo, in isola, quando insorgono problemi sulla rete prevalente, e riconnettersi ad essa successivamente quando i problemi sono risolti. Per la gestione della transizione al funzionamento in isola e il mantenimento dei corretti valori di fornitura di tensione e frequenza a fronte di variazioni di generazione e carico non controllabili, è necessario disporre di meccanismi automatici di controllo locale dei generatori controllabili e dei dispositivi di accumulo presenti nella microrete, in grado di agire autonomamente e con rapidità in risposta alle variazioni di assetto della rete. L’attività svolta durante il periodo di riferimento ha permesso di analizzare il comportamento di una rete in bassa tensione durante il funzionamento in isola. La microrete, composta da un generatore statico controllato in potenza e da carichi passivi ohmico-induttivi, è stata studiata prima per via analitica e successivamente simulata mediante un modello Matlab-Simulink. I risultati di questa indagine preliminare mostrano una dipendenza diretta tra il bilancio di potenza attiva e l’andamento della tensione dell’isola, e tra il bilanciamento di potenza reattiva e la frequenza del sistema. Tali relazioni sono alla base della sintesi di un controllo di tipo droop che possa garantire il funzionamento di un generatore statico sia in parallelo alla rete prevalente che in condizione di isola elettrica. L’algoritmo di controllo studiato è stato prima simulato ed in seguito implementato sul convertitore d’interfaccia, o front-end (FE), della rete sperimentale di distribuzione in corrente continua. Le prove effettuate hanno dimostrato la bontà del controllo droop proposto, valutandone la stabilità nel mantenere l’isola anche a fronte di variazioni non trascurabili dei carichi locali. L’analisi dei dati dimisura ha permesso inoltre di validare il modello di simulazione precedentemente sviluppato. La constatazione di disturbi sulla tensione della microrete durante le prime prove di funzionamento in isola, dovuti a un carico ausiliario dello stesso inverter e relativi principalmente allo sbilanciamento delle tensioni di fase, ha portato anche allo sviluppo e al test di un algoritmo per la loro compensazione migliorando così la power quality della rete in isola.

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