Elaborazione ed applicazione di un metodo analitico per lo studio della corrente assorbita da un impianto LCC-HVDC in condizioni non simmetriche e non bilanciate e dimensionamento dei principali componenti lato AC

Under unsymmetrical and unbalanced working conditions, the input current of the converters of an LCC-HVDC system contains both characteristic and non-characteristic harmonics, where non-characteristic harmonics are those harmonics that do not arise under symmetrical and balanced working conditions. Even if the amplitude of non-characteristic harmonics is not dangerous, low order non-characteristic harmonics (usually 2nd and 3rd) could cause unsafe working conditions in relation with the power transmission system in which the LCC-HVDC system is installed. In fact, it is usually not convenient to install filtering system for non-characteristic harmonics. For this reason, in addition to those common problems caused by the presence of harmonics, such as over-heating and consumption of components and telecommunication interference, the presence of harmonics in power transmission systems could lead to dangerous phenomena, such as parallel resonance. The thesis proposes an analytical method of study for obtaining the waveform of the input current of an LCC-HVDC system and its harmonic content under unsymmetrical and unbalanced working conditions, with particular reference to non-characteristic harmonics. Using Matlab, a set of simulation has been performed in order to obtain numerical results about an LCC-HVDC test system (1100 MW, ±600 kV). Hence, making use of the proposed method, the phenomenon of parallel resonance has been analyzed for the LCC-HVDC test system. Finally, notes about the analytical method proposed and possible solutions to parallel resonance, in case it cannot be acceptable for safe working conditions, are discussed. Elaboration of the analytical method proposed and its application to parallel resonance phenomenon have requested the design of the principal ac components of an LCC-HVDC system. In particular, the design of the short-circuit impedance of the converter-transformer has been developed also from an analytical point of view, since it follows a special procedure.

In condizioni di funzionamento non simmetriche e non bilanciate, la corrente assorbita dai convertitori a dodici impulsi degli impianti LCC-HVDC risulta composta da armoniche caratteristiche e non caratteristiche, essendo queste ultime armoniche che non compaiono nel funzionamento simmetrico e bilanciato dell’impianto. Le armoniche non caratteristiche, pur non essendo di entità tale da destare preoccupazioni, possono comunque dar luogo a condizioni di funzionamento pericolose, soprattutto per quanto riguarda quelle di ordine più basso (2°-3° armonica). Infatti non risulta conveniente installare dei sistemi di filtraggio anche per le armoniche non caratteristiche, e oltre ai ben noti effetti legati alla presenza di armoniche quali surriscaldamento e usura dei componenti e interferenze con linee di telecomunicazione, nelle reti elettriche di trasmissione le componenti armoniche presenti possono dar luogo diversi fenomeni; uno tra i più significativi è costituito dalla risonanza parallelo. La tesi propone un metodo analitico per lo studio della forma d’onda della corrente assorbita da un impianto LCC-HVDC e del suo contenuto armonico in condizioni di funzionamento non simmetrico e non bilanciato, con particolare riferimento alle armoniche non caratteristiche. Sono poi effettuate delle simulazioni in ambiente Matlab per ottenere dei risultati numerici su un impianto LCC-HVDC di riferimento (1100 MW, ±600 kV). Il metodo proposto trova infine applicazione nello studio del fenomeno della risonanza parallelo per l’impianto LCC-HVDC di riferimento. A conclusione della tesi sono riportate alcune note sul metodo di studio proposto e le possibili soluzioni al fenomeno della risonanza parallelo, in caso esso non risulti accettabile nel normale funzionamento dell’impianto LCC-HVDC. Lo sviluppo del metodo di studio e la sua applicazione al fenomeno della risonanza parallelo hanno richiesto il dimensionamento dei principali componenti presenti lato ac di un impianto LCC-HVDC. In particolare il dimensionamento dell’impedenza di corto-circuito del trasformatore è stato svolto anche analiticamente, data la peculiarità del procedimento seguito.