Load modeling and reactive support to handle large disturbances

The goal of this Thesis is that of study the different dynamic behavior of the Italian electric power system, when subjected to large disturbances, in relation to adopted load model and reactive power compensation devices considered for the network. Effectiveness of Defence Plans has already been proved by system Operators, but it is tested here once again, both on a relatively small portion of the network (Sicily) and on a larger area (central and southern Italian system). The adoption of a more realistic load model implies a better representation of the system: in particular, the conclusions are that if the load is modeled as dynamic, voltage and frequency dependent, frequency perturbations resulting from the simulated contingencies are less dangerous if compared to more simplified system models. Furthermore, the possibility to support voltages in particular buses improves steady-state power flows and damps voltage transient consequent to large perturbations; they also avoid further disconnection of loads, keeping the same security level.

Lo scopo di questa Tesi è quello di dimostrare come il modello di carico utilizzato e la presenza nel sistema elettrico di compensatori sincroni per la compensazione di potenza reattiva influenzano il comportamento a regime e dinamico della rete, a seguito di grandi perturbazioni. Lo studio è stato effettuato su un modello di rete che rappresenta il sistema elettrico italiano di alta e altissima tensione a metà del 2015; la stretta collaborazione con Terna SpA, l'operatore che gestisce la rete di trasmissione italiana, ha permesso di sviluppare uno studio che si focalizza su aspetti mirati dell'analisi di rete, riguardanti eventuali miglioramenti da apportare alla rete e tuttora in fase di verifica. Nel particolare, vengono studiati gli effetti che derivano dall’utilizzo di un modello dinamico di carico comprendente la dipendenza da tensione e frequenza. Se guasti singoli e multipli vengono simulati, ne consegue che il Piano di Difesa, necessario per alcuni casi a ripristinare una situazione di equilibrio in tempi rapidi ed in modo affidabile, è impiegato in modalità e tempi diversi. Un generale miglioramento si nota sia per quanto riguarda il modello di carico che per l'adozione di compensazione di potenza reattiva, in termini di maggior controllo delle tensioni, dei flussi di potenza e delle quantità di carico alleggerito durante le procedure di emergenza.