Rischio di esercizio di sistemi elettrici in presenza di produzione eolica offshore veicolata da reti magliate HVDC

This thesis tackles topical issues concerning the secure operation of AC grids connected to Multi-Terminal High Voltage Direct Current (HVDC) grids. After a brief introduction about probabilistic approaches which exploit the concept of risk to achieve a deeper insight into power systems security issues, this thesis presents a methodology, developed by RSE for probabilistic assessment of operational risk, and the prototype that implements the approach itself. The methodology is used to calculate some technical risk indexes for different scenarios on the IEEE Reliability Test System that has been adequately set. In these simulations the presence of the interconnection nodes with the Multi-Terminal HVDC grid is simulated through power injections. The second part of the thesis analyses some realistic configurations of MT-HVDC grid proposed in some preliminary studies aimed to find effective solutions to integrate significant amounts of power from offshore wind farms into the European grid transmission system. Furthermore, algorithms of increasing complexity for load flow calculation are developed for these HVDC grids considering also advanced control strategies for the converters. The last part of the thesis introduces the algorithm to calculate the sensitivities of current flow along the DC cables of the HVDC grids with respect to the injected powers at the interconnection nodes with the AC grid. The purpose of this calculation is to evaluate how possible variations of power injections at the interconnection nodes with the AC grid (performed, for example, to minimize the operational risk) affect the currents of the HVDC network.

La presente tesi affronta le problematiche della sicurezza di esercizio delle reti elettriche in corrente alternata connesse a reti multiterminali in alta tensione in corrente continua (High Voltage Direct Current, HVDC). Dopo una breve panoramica sugli approcci probabilistici basati sul concetto di rischio per la valutazione della sicurezza dei sistemi elettrici, si presenta la metodologia di valutazione probabilistica del rischio di esercizio sviluppata da RSE (Ricerca Sistema Energetico) ed il prototipo che la implementa. Successivamente si applica tale metodologia calcolando alcuni degli indici di rischio tecnico illustrati per la rete test dell’IEEE RTS, opportunamente predisposta, in cui la presenza di nodi di interconnessione ad una rete multiterminale HVDC è simulata tramite iniezioni di potenza. Nella seconda parte della tesi sono state ipotizzate alcune configurazioni realistiche di reti multiterminali in corrente continua che, una volta risolti alcuni problemi di natura tecnologica, possano collegare significativi parchi eolici offshore con la rete di trasmissione pan-europea. Su queste reti HVDC sono stati sviluppati algoritmi per il calcolo di load flow di crescente complessità considerando anche avanzate strategie di controllo per i convertitori impiegati. L’ultima parte della tesi presenta l’algoritmo di calcolo di sensitivity tra i transiti di corrente dei cavi DC della rete HVDC e le potenze iniettate ai nodi di interconnessione con la rete AC, al fine di valutare l’impatto sulla rete DC di eventuali variazioni di iniezioni di potenza lato AC (effettuate per minimizzare il rischio di esercizio sulla rete AC).