Microgrid control and harmonic compensation. Control on synchronous and fixed reference frames, resonant controllers and virtual impedance

The renewable energy sources integration and the need to make the electrical systems more flexible in order to optimize from the economic perspective the management of different elements (storage systems, photovoltaic production, uninterruptible loads) leads to consider Microgrids as possible solutions for these issues. In particular, in this work, it has been taken into account the sizing of the control parameters of a Microgrid and it has been studied the stability of the global system. In order to consider different operating modes of these structures, it has been decided to adopt, as references, two different standard architectures: the first one is composed by a single converter connected to an external grid; the second consists in a island-operated Microgid in which two converters are supplying a load. Some standard controls for this kind of system have been analysed, in particular considering the droop control, a technique that imitates the characteristic behaviour of synchronous generators and allows the parallel connection of different converters, avoiding unequal loading of the various groups. Starting from this structure, two control systems have been developed: the first one based on rotating axes and PI controllers; the second one characterized by fixed axes and resonant controllers. As regards the latters, it has also been analysed their application in the compensation of single harmonic components in the system.

L'integrazione delle fonti rinnovabili e la necessità di esercire i sistemi elettrici in maniera più flessibile per ottimizzare sotto il profilo economico la gestione di diversi elementi (accumuli, impianti fotovoltaici, carichi non interrompibili), porta a considerare le microreti come una soluzione promettente per questo tipo di problemi. In particolare, in questa tesi, si è studiato il dimensionamento dei parametri di controllo delle microreti e lo studio della stabilità del sistema globale. Al fine di analizzare diverse modalità di funzionamento si è deciso di adottare come strutture di riferimento due architetture di base: la prima caratterizzata da un singolo convertitore in parallelo ad una rete esterna, la seconda costituita da due gruppi di generazione distinti, funzionanti in isola per l'alimentazione di un carico. Ci si è focalizzati sull'analisi di alcuni controlli standard per questo tipo di sistemi, in particolare analizzando il cosiddetto droop control, una tecnica che imita lo statismo tipico dei generatori sincroni permettendo così di mettere in parallelo più convertitori evitando problemi legati ad una non corretta distribuzione del carico. Partendo da questo modello di base, sono poi stati sviluppati due sistemi di controllo distinti: il primo su assi rotanti, basato sui tradizionali controllori PI; il secondo su assi fissi caratterizzato ad controllori di tipo risonante. Questi ultimi sono stati analizzati nel dettagli per determinarne anche le potenzialità legate alla compensazione di eventuali armoniche nel sistema.