Controllo di una microrete di distribuzione in corrente continua

The advent of generation from renewable sources and of Energy Storage Systems, so like the development of power electronic devices, makes interesting the possibility to realize Direct Current microgrid. At RSE S.p.A. there is a Direct Current Test Facility equipped with power generation systems, adjustable loads and storage systems consisting of batteries and supercapacitors, interfaced to the microgrid with DC/DC static converters. The AC power source connection is made through an AC/DC bidirectional converter of 100 kVA. After several changes to the microgrid, including its extension with the realization of a distribution board placed 150 meters in which are related part of the system components, and the realization of a communication bus, it is necessary to review the control strategy: the presence of the line impedance determines indeed a different voltage in the two nodes of the system, while the presence of the communication bus allows to implement more sophisticated control structures through the exchange of information between the different converters. This thesis has therefore proposed to analyze, design, develop and test a new control for this DC microgrid. Starting from the previously implemented control, which doesn’t support the exchange of informations between the converters and operates with a "static" storage systems, it has introduced a new technique based on the droop control. The activity initially proposes a SimPowerSystem model for developing a local control for each converter and then the realization of a simplified model of the entire network in order to perform long-term simulations. Through the developed models it could be verified advantages and disadvantages of the original control technique and of classical droop control. From this analysis it is therefore possible to improve the droop control scheme so as to develop a new control technique to optimize the operation of the microgrid mainly on three areas: improving the current sharing between the two batteries, guarantying the restoration of the rated voltage on the DC bus and controlling the power exchanged between the DC microgrid and AC network. The verification of the developed control was performed both in simulation environment and through the RSE S.p.A DC microgrid.

L’avvento della generazione da fonte rinnovabile e dei sistemi di accumulo, così come lo sviluppo dei dispositivi di elettronica di potenza, rende oggi interessante la possibilità di realizzare microreti di distribuzione in corrente continua. Presso RSE S.p.A. è presente una Test Facility equipaggiata con sistemi di generazione, carichi regolabili e sistemi di accumulo costituiti da batterie e supercondensatori, interfacciati alla rete mediante convertitori statici DC/DC. La connessione alla rete AC è effettuata attraverso un convertitore AC/DC bidirezionale della potenza di 100 kVA. A seguito di diverse modifiche effettuate alla microrete, tra cui la sua estensione con la realizzazione di un quadro di distribuzione posto a 150 metri in cui sono connessi parte dei componenti dell’impianto e la realizzazione di un bus di comunicazione, appare necessaria una rivisitazione della strategia di controllo: la presenza della linea determina infatti una differente tensione nei due nodi dell’impianto, mentre la presenza del bus di comunicazione consente di poter realizzare strutture di controllo più sofisticate tramite lo scambio d’informazioni tra i diversi convertitori. Il lavoro di tesi svolto si è quindi proposto di analizzare, studiare, sviluppare e sperimentare un nuovo controllo per tale microrete. A partire dal controllo precedentemente implementato, che non prevedeva scambio d’informazioni tra i convertitori e gestiva in modo “statico” i sistemi di accumulo, è stata introdotta una nuova tecnica basata sul droop control. L’attività di sviluppo propone inizialmente il modello in SimPowerSystem di ciascun convertitore sviluppandone il controllo locale, e successivamente la realizzazione di un modello semplificato dell’intera rete in modo da poter effettuare simulazioni di lunga durata. Attraverso i modelli sviluppati è stato possibile verificare vantaggi e svantaggi della tecnica di controllo originale della rete e del controllo di tipo droop. A partire da queste analisi si è quindi cercato di migliorare lo schema del droop control in modo da sviluppare una nuova tecnica di controllo per ottimizzare il funzionamento della microrete soprattutto su tre aspetti: il miglioramento della condivisione della corrente tra le due batterie, il ripristino della tensione al valore nominale sul DC bus e il controllo della potenza scambiata tra la microrete DC e la rete AC. La verifica del controllo sviluppato è stata effettuata sia in ambiente di simulazione, sia attraverso la sperimentazione presso la microrete di RSE S.p.A.